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News: Und es wurde Licht

Während der ersten 500 Millionen Jahre war die Materie im Universum so gleichmäßig verteilt, dass es vollkommen dunkel war. Erst gegen Ende dieses dunklen Zeitalters ballte sich die Materie zusammen und ließ die ersten Sterne entstehen: Es wurde Licht. Jetzt fanden Forscher nach jahrzehntelanger Suche im Schein eines fernen Quasars Atome, die noch aus der dunklen Zeit des Alls stammen.
Am Anfang war der große Knall, Raum und Zeit entstanden, und aus Energie wurde Materie: Quarks, Elektronen und schließlich, als das Universum noch keine 60 Sekunden alt war, Protonen und Neutronen. Jetzt war alles da, was ein Atom braucht, doch bei Temperaturen um eine Milliarde Grad dauerte es noch einmal 300 000 Jahre, bis sich das All so weit abkühlte, dass sich die ersten Wasserstoff-Atome bilden konnten.

Danach musste noch einmal eine halbe Milliarde Jahre vergehen, bis es Licht wurde. Was bis dahin geschah, liegt weitgehend im Dunkeln; für die Astronomen ist dies das dunkle Zeitalter des Kosmos. Immerhin zeugt die kosmische Hintergrundstrahlung davon, dass die Materie damals sehr gleichmäßig verteilt war.

Erst gegen Ende des dunklen Zeitalters ballte sich die Materie zu Strukturen, aus denen hell strahlende Objekte wurden. Und während der Urknall letztlich nur Wasserstoff, Helium und winzige Mengen von Lithium hervorbrachte, entstanden nun auch Kohlenstoff, Sauerstoff, Silicium und andere schwere Elemente. Gleichzeitig strahlten die Sterne und Quasare zunehmend ultraviolette Strahlung aus und trennten den atomaren Wasserstoff in Kern und Elektron: Er wurde reionisiert.

Bislang glaubten die Astronomen, dass die Reionisation so vollständig vonstatten ging, dass der atomare Wasserstoff aus dem dunklen Zeitalter nicht mehr nachweisbar sei. Jedenfalls waren gut 35 Jahre intensiver Suche erfolglos verstrichen. 1965 hatten zwei Forscher des California Institute of Technology vorausgesagt, dass sich die neutralen Atome durch ihre Licht-absorbierenden Eigenschaften verraten würden. Im Spektrum ausreichend weit entfernter Objekte erschiene also eine Art Lücke. Als Konsequenz des so genannten Gunn-Peterson-Effekts reichte ein einziges neutrales Wasserstoffatom unter 100 000 aus, um sämtliches Licht der Wasserstoff-spezifischen Wellenlänge auszulöschen.

Quasare gehören zu den hellsten Objekten überhaupt, lassen sich also auch noch in großer Entfernung, beziehungsweise bis weit in die Vergangenheit beobachten. Im Rahmen des Sloan Digital Sky Survey am weltgrößten Teleskop des W.M. Keck Observatory auf Hawaii gelang Forschern nun endlich auch der Nachweis atomaren Wasserstoffs. Robert Becker von der University of California in Davis und seine Kollegen stießen in der Ferne auf einen Quasar, dessen Spektrum eindeutig jene charakteristische Lücke aufwies.

Sie umfasst einige Millionen Jahre, während derer das Licht des Quasars von seiner Umgebung - den neutralen Wasserstoffatomen also - absorbiert wurde. Anhand der Rotverschiebung konnten die Forscher das genaue Alter von J1030+0524 bestimmen: Mit 14,5 Milliarden Lichtjahren ist er das weiteste - und ergo älteste - jemals gesehene Objekt, und die Wasserstoffatome somit die erste nachweisbare Materie überhaupt. Sie entstanden in der Frühzeit des Universums, als es sich soweit abgekühlt hatte, dass sich die Elementarteilchen zu Atomen vereinten. Sie sind Zeugen einer Zeit, als das Universum noch vollkommen dunkel war.

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