emisor Lyman-alfa

Un emisor Lyman-alfa ( LAE , por sus siglas en inglés) es un tipo de galaxia distante que emite radiación Lyman-alfa a partir de hidrógeno neutro .

La mayoría de las galaxias LAE conocidas son extremadamente distantes y, debido al tiempo de viaje finito de la luz, ofrecen atisbos de la historia del universo . Se cree que son las progenitoras de la mayoría de las galaxias modernas tipo Vía Láctea . Estas galaxias se pueden encontrar hoy en día con relativa facilidad en búsquedas de banda estrecha mediante un exceso de su flujo de banda estrecha en una longitud de onda que puede interpretarse a partir de su corrimiento al rojo.

${\displaystyle 1+z={\frac {\lambda }{1215.67\mathrm {\AA} }}}$

donde z es el corrimiento al rojo,${\displaystyle \lambda }$es la longitud de onda observada, y 1215,67  Å es la longitud de onda de la emisión Lyman-alfa. Se cree que la línea Lyman-alfa en la mayoría de las LAE es causada por la recombinación de hidrógeno interestelar que es ionizado por un estallido continuo de formación estelar . Dicha emisión Lyman alfa fue sugerida por primera vez como una señal de galaxias jóvenes por Bruce Partridge y PJE Peebles en 1967. ^{[ 1 ]} Las observaciones experimentales del corrimiento al rojo de las LAE son importantes en cosmología ^{[ 2 ]} porque trazan halos de materia oscura y, posteriormente, la evolución de la distribución de materia en el universo.

Las galaxias emisoras de Lyman-alfa suelen tener masas bajas, de entre ^10⁸ y ^10¹⁰ masas solares . Generalmente son galaxias jóvenes , con una antigüedad de entre 200 y 600 millones de años, y presentan la mayor tasa de formación estelar específica de todas las galaxias conocidas. Todas estas características indican que las galaxias emisoras de Lyman-alfa constituyen pistas importantes sobre los progenitores de las galaxias modernas similares a la Vía Láctea .

Los emisores Lyman-alfa tienen muchas propiedades desconocidas. La fracción de escape de fotones Lyman-alfa varía mucho en estas galaxias, aunque a alto corrimiento al rojo, las galaxias brillantes tienen una fracción de escape Ly α decreciente con el corrimiento al rojo. ^{[ 3 ]} La fracción de escape Lyman-alfa es qué porción de la luz emitida en la longitud de onda de la línea Lyman-alfa dentro de la galaxia realmente escapa y será visible para observadores distantes. Hay mucha evidencia de que el contenido de polvo de estas galaxias podría ser significativo y por lo tanto está oscureciendo el brillo de estas galaxias. Al observar LAE luminosos de un corrimiento al rojo z>/=7.5 y el área alrededor de ellos en regiones sobredensas, se encontró que hay una amplificación considerable de la transmisión Lyman alfa en galaxias más débiles circundantes hasta 3-9 veces su emisión habitual. Dentro del radio de los LAE elegidos, donde el IGM era relativamente neutro, los fotones Lyman alfa todavía se estaban transmitiendo. A través de estas observaciones, se concluyó que sobre regiones densas con LAE tenían un fuerte efecto en la transmisión de fotones Lyman alfa. ^{[ 4 ]} También es posible que la distribución anisotrópica de la densidad y velocidad del hidrógeno juegue un papel significativo en la fracción de escape variable debido a la interacción continua de los fotones con el gas de hidrógeno ( transferencia radiativa ). ^{[ 5 ]} La evidencia ahora muestra una fuerte evolución en la fracción de escape Lyman-alfa con corrimiento al rojo, muy probablemente asociada con la acumulación de polvo en el medio interestelar . Se muestra que el polvo es el parámetro principal que establece el escape de fotones Lyman-alfa. ^{[ 6 ]} Adicionalmente, la metalicidad , los flujos de salida y la evolución detallada con corrimiento al rojo son desconocidos.

Los LAE en 1,9 < z < 3,5 muestran una fuerte emisión UV, principalmente de una población estelar joven con baja metalicidad. La fracción de escape de radiación ionizante puede ser alta en estas regiones, lo que apoya la idea de que los LAE tempranos en alto corrimiento al rojo podrían ser un factor clave que impulsa la reionización . ^{[ 7 ]}

Los LAE son sondas importantes de la reionización, ^{[ 8 ]} cosmología ( BAO ), y permiten sondear el extremo débil de la función de luminosidad a alto corrimiento al rojo.

La señal de oscilación acústica bariónica debería ser evidente en el espectro de potencia de los emisores Lyman-alfa a alto corrimiento al rojo. ^{[ 9 ]} Las oscilaciones acústicas bariónicas son huellas de ondas sonoras en escalas donde la presión de radiación estabilizó las perturbaciones de densidad contra el colapso gravitacional en el universo temprano. La distribución tridimensional de la población de galaxias Lyman-alfa característicamente homogénea permitirá una sonda robusta de la cosmología. Son una buena herramienta porque el sesgo Lyman-alfa, la propensión de las galaxias a formarse en la mayor sobredensidad de la distribución subyacente de materia oscura, puede modelarse y tenerse en cuenta. Los emisores Lyman-alfa son sobredensos en cúmulos.

En cuanto a la Época de Reionización, un estudio que utilizó una simulación determinó que las LAE más luminosas, que desempeñan un papel importante en la reionización durante este período, están altamente correlacionadas con el Continuo Lyman. El 90 % de la radiación del Continuo Lyman que escapa en el medio interestelar puede atribuirse a las LAE. ^{[ 10 ]} Otro estudio también encontró que las velocidades variables en el medio interestelar alrededor de galaxias de alto corrimiento al rojo podrían ayudar a escapar los fotones Lyman alfa del polvo y las nubes densas, afectando los datos de emisión. ^{[ 11 ]}

La Muestra de Referencia Lyman Alfa (LARS) es un programa de observación integral diseñado para estudiar los mecanismos que rigen la emisión y el escape de Lyα en galaxias cercanas con formación estelar. Al centrarse en una muestra de varias decenas de galaxias con corrimientos al rojo de 0,028 a 0,19, LARS proporciona información detallada sobre las condiciones físicas que afectan a la radiación Lyα, sirviendo como un análogo local para emisores de Lyα de alto corrimiento al rojo. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

Las observaciones de LARS revelan que la emisión Lyα a menudo se extiende mucho más allá de las regiones de formación estelar, formando halos significativamente más grandes que las regiones de emisión Hα. Esta extensión se correlaciona con un bajo contenido de polvo, lo que sugiere que un contenido mínimo de polvo permite que los fotones Lyα se dispersen a radios mayores. ^{[ 14 ]}

Los estudios indican que la turbulencia dentro del medio interestelar (ISM) desempeña un papel crucial en el escape de los fotones Lyα. Los movimientos turbulentos pueden desplazar los fotones Lyα fuera de resonancia, reduciendo la probabilidad de absorción por hidrógeno neutro y permitiendo que escapen con mayor facilidad. ^{[ 15 ]}

Se ha descubierto que las propiedades cinemáticas del gas ionizado, como la dispersión de velocidad y el cizallamiento, influyen en las observables Lyα. Las galaxias con mayor dispersión de velocidad tienden a presentar mayores fracciones de escape de Lyα, lo que indica que las condiciones dinámicas del medio interestelar facilitan el escape de fotones Lyα. ^{[ 16 ]}

La distribución y la geometría del polvo dentro de las galaxias influyen significativamente en la dispersión Lyα. Una distribución de polvo grumosa o desigual puede crear vías que permiten que los fotones Lyα escapen, mientras que una cobertura uniforme de polvo tiende a inhibir el escape. ^{[ 17 ]}

Los hallazgos de LARS sugieren que las galaxias con menores densidades de tasa de formación estelar y tiempos de agotamiento de gas más prolongados tienden a tener mayores fracciones de escape de Lyα. Esto implica que los entornos de formación estelar menos intensos son más propicios para el escape de fotones Lyα. ^{[ 18 ]}

• Sistema Lyman-alfa amortiguado
• Mancha de Lyman-alfa
• Bosque Lyman-alfa
• galaxia de ruptura de Lyman
• Límite de Lyman
• Serie Lyman

• "Estudio de galaxias Lyman Alpha en la época de la reionización (LAGER)" . LAGER .