حدود ۳۸۰هزار سال پس از مهبانگ به دلیل کاهش دما بر اثر انبساط عالم، دوره‌ی بازترکیب(۱) اتفاق افتاده که طی آن با مقیدشدن الکترونها و پروتونها، اتمهای هیدروژن تشکیل می‌شوند. اتمهای هیدروژن بیش از ۹۰ درصد از اتمهای عالم را شامل می‌شوند. اتمهای هیدروژن با جذب فوتونهای یونشگر، پیوستار لیمان(۲) با انرژی بیش از ۱۳.۶الکترون ولت یونیزه می‌شوند. بررسی طیف اختروَش‌ها (کوازارها) نشان می‌دهد که هیدروژنهای محیط میان‌کهکشانی پس از انتقال‌به‌سرخ ۶ (حدود یک میلیارد سال پس از مهبانگ) به صورت کامل یونیزه شده‌اند. چگالی عددی اختروش‌ها تا آن زمان کمتر از آن بوده که بتوانند عامل اصلی بازیونش عالم(۳) باشند. بررسی تابع درخشندگی کهکشان‌های با انتقال‌به‌سرخ بالا (درباره‌ی تابع درخشندگی به این مقاله رجوع کنید) نشان می‌دهد که با فرض آنکه به صورت متوسط ۲۰ درصد از فوتونهای یونشگر موفق به فرار از کهکشان میزبان شوند، این کهکشان‌ها می‌توانند نقش اصلی در بازیونش کیهان را برعهده داشته باشند.
شکل ۱. مدل حصار چوبی: در این مدل با توجه به اشباع شدن خطوط طیفی مختلف در یک سطح در حالیکه احتمال های برهمکنش بسیار متفاوتی دارند، می توان نتیجه گرفت به مشابه زمانی که نور از حصاری عبور می کند، از برخی راستاها آزادانه گذر کرده و در سایر راستاها به طور کامل جذب می شود.
اکثر فوتونهای یونشگر از ستاره‌های پرجرم نوع O و A سرچشمه می‌گیرند که عمر نسبتا کوتاهی داشته و در میان توده‌های متراکمی از ابرهای مولکولی تشکیل می‌شوند. متاسفانه مشاهده‌ی مستقیم این فوتونهای یونشگر در انتقال‌به‌سرخ‌های بالا چندان موفقیت‌آمیز نبوده و جزئیات مکانیزمی که منجر به فرار این فوتون‌ها می‌شود در هاله‌ای از ابهام قرار دارد. بسیاری از محققان برای اندازه‌گیزی میزان فرار فوتونهای یونشگر کهکشان‌ها به روش‌های غیر مستقیم روی آورده‌اند. در این روش غیرمستقیم که به مدل حصار چوبی(۴) مشهور است، با استفاده از اشباع خطوط جذبی فلزهای مختلف در یک سطح، میزان جذب و فرار فوتون‌ها تخمین زده می‌شود (شکل ۱).
در این مقاله ما میزان فرار فوتونهای یونشگر کهکشان نعل اسب را بررسی کرده‌ایم. این کهکشان به سه دلیل زیر برای این کار ایده‌آل بود. ۱) به علت همگرایی گرانشی میزان نور دریافتی و وضوح (رزلوشن) فضایی این کهکشان ۲۴ برابر افزایش داده شده است، ۲) روش غیرمستقیم میزان فرار فوتونهای یونشگر این کهکشان را ۴۰٪ تخمین می‌زند، و ۳) یکی از فیلترهای تلسکوپ فضایی هابل، دقیقا ناحیه‌ای از طیف این کهکشان را ثبت می‌کند که منطبق بر فوتونهای یونشگر فرارکرده از این کهکشان است.
این خصوصیات می‌توانست منجر به اولین تصویرِ تفکیک‌پذیر از محل و شدت فرارِ فوتونهای یونشگر شود و در نتیجه جزئیات مکانیزم نشت فوتونهای یونشگر را از محیط چگالی که ستاره‌ها در آن متولد می‌شوند، آشکار سازد. متاسفانه با رصد عمیق این کهکشان در فیلتر موردنظر (نوردهی به اندازه‌ی ۱۰ مدار هابل که معادل ۲۸۰۰۰ ثانیه می‌شود) هیچ نشانه ای از فوتونهای یونشگر مشاهده نشد. سپس ما با شبیه‌سازی تمام عوامل محدودکننده‌ی آشکارساز هابل نشان دادیم که میزان فرار باید کمتر از ۸% بوده باشد، در غیر این صورت فوتون‌ها در تصاویر هابل ثبت می‌شدند.
حد بالایی که برای میزان فرار فوتونهای این کهکشان از مشاهده‌ی عمیق به دست آمده، ۵ مرتبه کمتر از اندازه‌ای است که توسط روش غیرمستقیم اندازه‌گیری شده بود. ما در این مقاله به بررسی علل این عدم تطابق پرداخته‌ایم، از جمله اینکه خطوط جذبی در ابرهای ملکولی با سرعت‌های مختلف در طول‌موج‌های مختلف خود را نشان می‌دهند ولی پیوستار لیمان توسط تمام این ابرها می‌تواند جذب شود و منجر به این شود که تخمین میزان فرار براساس خطوط جذبی سایر عناصر بیشتر از میزان فرار واقعی فوتونهای یونشگر برآورد شود. نتیجه آنکه میزان فرار واقعی فوتون‌ها به نظر کمتر از آن چیزی است که تا کنون انتظار می‌رفته است.
(۱) Recombination Era
(۲) Lyman Continuum
(۳) Reionization Epoch
(۴) Picket Fence Model
عنوان اصلی مقاله:The Lyman Continuum Escape Fraction of The Cosmic Horseshoe: A Test of Indirect Estimates
نویسندگان: Vasei, Kaveh; Siana, Brian; Shapley, Alice; et al
این مقاله برای چاپ در نشریه‌ی ApJ پذیرفته شده است.
لینک مقاله‌ی اصلی: http://arxiv.org/abs/1603.02309
گردآوری: کاوه واسعی
