Reionisation: Galaxien im frühen Universum
© M. Ouchi et al. (Ausschnitt)
Zu Beginn der Zeit, vor rund 13,7 Milliarden Jahren, bestand die Ursuppe unseres Universums aus heißem Plasma. Ungefähr 300 000 Jahre nach dem Urknall war das Universum so stark abgekühlt, dass sich bis dahin freie Elektronen mit Protonen verbinden konnten. Auf diese Weise entstanden die ersten neutralen Atome.
Rund eine Milliarde Jahre nach dem Urknall bildeten sie die Grundbausteine der ersten Sterne, aus denen sich wiederum die ersten Galaxien bildeten. Die neu enstandenen Lichtquellen strahlten Photonen aus, welche die sie umgebenden Wasserstoffatome aufs Neue ionisierten. Diese Phase der erneuten Aufspaltung neutraler Atome wird Reionisation genannt.
Aus Beobachtungen weiß man heute, dass die Phase der Reionisation des Universums bereits eine Millliarde Jahre nach dem Urknall abgeschlossen war. Wann sie genau begann, ist allerdings nicht bekannt. Diese Frage ist gleichzusetzen mit der Frage nach der Enstehung der ersten Sterne und Galaxien, die erstmals Licht ins Dunkel brachten. Moderne Teleskope dienen heute dazu, um Galaxien bei immer höheren Rotverschiebungen zu finden. Anhand dieser möchten die Forscher unter anderem klären, ob die Reionisation des Universums allmählich oder instantan ablief.
Um diese Fragen zu beantworten, nutzen die Wissenschaftler ausgefeilte Techniken. Der Astrophysiker Masami Ouchi und sein Team von den Carnegie Observatories wertete nun erstmals lang belichtete Himmelsaufnahmen, die sowohl von dem japanischen Subaru-Teleskop als auch vom Weltraumteleskop Hubble stammen, aus. Anhand mehrerer Filter in verschiedenen Wellenlängenbereichen spürten die Forscher so frühe und sehr weit entfernte Galaxien auf.
Beobachtet man sehr weit entfernte Galaxien in immer langwelligeren Filtern, so "tauchen" diese erst in Filterbändern oberhalb einer bestimmten Grenzwellenlänge auf. Das Licht einer Galaxie wird unterhalb der Grenzwellenlänge von dem sie umgebenden Wasserstoff vollständig absorbiert. Je weiter entfernt eine Galaxie sich von der Erde aus gesehen befindet, desto stärker ist diese Grenzwellenlänge ins Rote verschoben. Das Filterband in dem die Galaxie sichtbar wird, gibt also Aufschluss über deren Rotverschiebung und damit auch über die Entfernung der Galaxie und ihr Alter.
Ouchi und seine Kollegen untersuchten mit dieser Methode ein mehr als 1500 Quadratminuten großes Himmelsfeld. Darin entdeckten sie insgesamt 22 hochrotverschobene Galaxien, die alle ungefähr dasselbe Alter aufweisen und zusammen eine 200 Millionen Lichtjahre lange filamentartige Struktur bilden. Eine der Galaxien entstand sogar bereits 787 Millionen Jahre nach dem Urknall. Diese und andere Galaxien aus der Frühzeit des Universums geben einen Einblick in die vorherrschenden Bedingungen zu einer Zeit, in der sich die ersten Galaxien bildeten.
So ist die aus den Helligkeiten der 800 Millionen Jahre nach dem Urknall beobachteten Galaxien bestimmte Sternentstehungsrate wesentlich geringer, als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall. Die niedrige Sternentstehungsrate im frühen Universum implizert, dass die Reionization sehr langsam vorangeschritten ist.
Scheinbar wiedersprechen die Ergebnisse somit den Vorhersagen von WMAP-Mission der NASA, aufgrund der man davon ausging, dass die Reionisation nicht später als 600 Millionen Jahre nach dem Urknall begann. Eine mögliche Erklärung bietet die effizientere Lichtproduktionsrate früher Galaxien. Forscher vermuten, dass im jungen Universum vorwiegend sehr helle und massereiche Sterne entstanden. Wenige helle und massereiche Sterne produzieren mehr ionisierende Photonen als viele kleinere, aber leuchtschwächere Sterne.
Janine Fohlmeister
Rund eine Milliarde Jahre nach dem Urknall bildeten sie die Grundbausteine der ersten Sterne, aus denen sich wiederum die ersten Galaxien bildeten. Die neu enstandenen Lichtquellen strahlten Photonen aus, welche die sie umgebenden Wasserstoffatome aufs Neue ionisierten. Diese Phase der erneuten Aufspaltung neutraler Atome wird Reionisation genannt.
Aus Beobachtungen weiß man heute, dass die Phase der Reionisation des Universums bereits eine Millliarde Jahre nach dem Urknall abgeschlossen war. Wann sie genau begann, ist allerdings nicht bekannt. Diese Frage ist gleichzusetzen mit der Frage nach der Enstehung der ersten Sterne und Galaxien, die erstmals Licht ins Dunkel brachten. Moderne Teleskope dienen heute dazu, um Galaxien bei immer höheren Rotverschiebungen zu finden. Anhand dieser möchten die Forscher unter anderem klären, ob die Reionisation des Universums allmählich oder instantan ablief.
Um diese Fragen zu beantworten, nutzen die Wissenschaftler ausgefeilte Techniken. Der Astrophysiker Masami Ouchi und sein Team von den Carnegie Observatories wertete nun erstmals lang belichtete Himmelsaufnahmen, die sowohl von dem japanischen Subaru-Teleskop als auch vom Weltraumteleskop Hubble stammen, aus. Anhand mehrerer Filter in verschiedenen Wellenlängenbereichen spürten die Forscher so frühe und sehr weit entfernte Galaxien auf.
Beobachtet man sehr weit entfernte Galaxien in immer langwelligeren Filtern, so "tauchen" diese erst in Filterbändern oberhalb einer bestimmten Grenzwellenlänge auf. Das Licht einer Galaxie wird unterhalb der Grenzwellenlänge von dem sie umgebenden Wasserstoff vollständig absorbiert. Je weiter entfernt eine Galaxie sich von der Erde aus gesehen befindet, desto stärker ist diese Grenzwellenlänge ins Rote verschoben. Das Filterband in dem die Galaxie sichtbar wird, gibt also Aufschluss über deren Rotverschiebung und damit auch über die Entfernung der Galaxie und ihr Alter.
Ouchi und seine Kollegen untersuchten mit dieser Methode ein mehr als 1500 Quadratminuten großes Himmelsfeld. Darin entdeckten sie insgesamt 22 hochrotverschobene Galaxien, die alle ungefähr dasselbe Alter aufweisen und zusammen eine 200 Millionen Lichtjahre lange filamentartige Struktur bilden. Eine der Galaxien entstand sogar bereits 787 Millionen Jahre nach dem Urknall. Diese und andere Galaxien aus der Frühzeit des Universums geben einen Einblick in die vorherrschenden Bedingungen zu einer Zeit, in der sich die ersten Galaxien bildeten.
So ist die aus den Helligkeiten der 800 Millionen Jahre nach dem Urknall beobachteten Galaxien bestimmte Sternentstehungsrate wesentlich geringer, als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall. Die niedrige Sternentstehungsrate im frühen Universum implizert, dass die Reionization sehr langsam vorangeschritten ist.
Scheinbar wiedersprechen die Ergebnisse somit den Vorhersagen von WMAP-Mission der NASA, aufgrund der man davon ausging, dass die Reionisation nicht später als 600 Millionen Jahre nach dem Urknall begann. Eine mögliche Erklärung bietet die effizientere Lichtproduktionsrate früher Galaxien. Forscher vermuten, dass im jungen Universum vorwiegend sehr helle und massereiche Sterne entstanden. Wenige helle und massereiche Sterne produzieren mehr ionisierende Photonen als viele kleinere, aber leuchtschwächere Sterne.
Janine Fohlmeister
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