JWST показал неожиданную слабость Ly-альфа в плотных областях ранней Вселенной

Международная команда астрономов использовала данные космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), чтобы исследовать, как излучение Ly-альфа связано с окружением галактик в эпоху реионизации. Результаты опубликованы на arXiv и основаны на наблюдениях программы DIVER в поле GOODS-N.

Ученые проанализировали выборку из 250 галактик с красными смещениями от 4,8 до 11. Измерялась видимость Ly-альфа — индикатора состояния межгалактического водорода. Вопреки простым ожиданиям, галактики с сильным излучением Ly-альфа (эквивалентная ширина более 25 ангстрем) или высокой эффективной долей выходящих фотонов чаще находятся дальше от соседних галактик, излучающих в H-альфа и [O III].

Наиболее яркий контраст наблюдается в известной сверхплотности GOODS-N при красном смещении около 5,2. Там менее 15% галактик демонстрируют сильное излучение Ly-альфа. Это противоречит простой модели реионизации изнутри наружу, согласно которой в плотных областях должны формироваться более крупные ионизированные пузыри, усиливающие видимость Ly-альфа.

Авторы предлагают несколько объяснений: непрозрачность внутри гало и локальной межгалактической среды, плотные поглотители, а также кинематика газа. Для более точной интерпретации они построили эмпирическую верхнюю границу эффективной доли выхода Ly-альфа и откалибровали её с помощью симуляций реионизации.

На основе этой границы были оценены верхние пределы нейтральной фракции водорода: 0,36 при z?5,2; 0,76 при z?5,8; 0,74 при z?6,7; 0,84 при z?7,7 и 1,0 при z?9,8. Особенно важным является ограничение при z?8, которое не согласуется с почти полностью нейтральной межгалактической средой в эту эпоху.

В целом результаты указывают на то, что реионизация к z?8 уже активно шла и была неоднородной по пространству. Видимость Ly-альфа, как заключают авторы, несёт информацию как о крупномасштабной топологии ионизации, так и о структуре газа вблизи галактик-источников.