Und es ward Licht

  • 14. January 2016

Kompakte Galaxien haben das frühe Universum aufgeheizt.

Nach dem Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren kühlte das Universum rapide ab und wurde im Laufe von weniger als einer Million Jahren komplett dunkel. Der Übergang von diesem dunklen Zeitalter zur Entstehung der ersten Sterne und Galaxien ist eine der am wenigsten verstandenen Epochen kosmischer Geschichte. Jetzt hat eine internationale Gruppe von Astronomen nach­ge­wiesen, dass „Green Pea“-Galaxien – wörtlich „grüne Erbsen“ – die richtigen Eigenschaften besitzen, um bei diesem Übergang eine Schlüssel­rolle gespielt zu haben. Nach ihrem typischen Erscheinungsbild auf astro­no­mi­schen Aufnahmen benannt, sind „Green Peas“ hochkompakte Galaxien niedriger Masse, die große Mengen neuer Sterne bilden.

Green Pea-Galaxie

Abb.: Die „Green Pea“-Galaxie J0925+1403, aufgenommen mit dem Weltraumteleskop Hubble. Es handelt sich um ein geglättetes Falschfarbenbild, aufgenommen im nahen UV-Bereich, grün eingefärbt um dem Erscheinungsbild zu ähneln, das solche Galaxien bei Aufnahmen im sichtbaren Licht bieten. (Bild: I. Orlitová, AČR)

„Green Peas“ könnten wesentlich für die Reionisierung des Universums ab etwa 150 Millionen Jahren nach dem Urknall verantwortlich sein. Damals wurde der Großteil des Wasserstoffs im frühen Universum ionisiert, also in Protonen und Elektronen aufgespalten. Galaxien mit hoher Stern­ent­stehungs­rate wie die „Green Peas“ bilden beträchtliche Mengen an massereichen Sternen, und diese wiederum leuchten im UV-Bereich so hell, dass sie Wasserstoff ionisieren können. Allerdings hatte bislang niemand zeigen können, dass von Galaxien dieses Typs ausreichende Mengen an hoch­ener­ge­tischer Strahlung ausgehen. Im Gegenteil hatten alle bisherigen Beob­achtungen Galaxien erfasst, bei denen der Großteil der UV-Strahlung innerhalb der Galaxie absorbiert wird, ohne dass genügend Strahlung übrig bliebe, um nennenswerte Mengen intergalaktischen Wasserstoffs zu ionisieren. Zudem war klar: Wenn es doch Exemplare der „Green Peas“ gab, aus denen größere Strahlungsmengen nach außen drangen, würden sie nur in unserer kosmischen Nachbarschaft nachweisbar sein. Für deutlich weiter entfernte Galaxien würde die UV-Strahlung vom intergalaktischen Wasserstoff absorbiert, bevor sie die Erde erreicht.

Daher machten sich die Forscher unter der Leitung von Juri Izotov von der Akademie der Wissenschaften der Ukraine daran, in unserer kosmischen Umgebung stark strahlende „Green Peas“ aufzuspüren. Um viel­ver­spre­chende Kandidaten auszuwählen, bedienten sie sich des Sloan Digital Sky Survey SDSS. Die fünf besten Kandidaten wurden dann mit dem Hubble-Weltraumteleskop genauer untersucht. Gabor Worseck vom MPI für Astro­nomie. Worseck entwickelte eine Methode, um Spektraldaten des Hubble-Teleskops zu analysieren, die für diese Messungen maßgeschneidert ist. „So konnten wir dann ganz genau bestimmen, wieviel UV-Strahlung die fünf Green Pea-Galaxien aussenden“, sagt Worseck.

Eine der Kandidatengalaxien, mit der Bezeichnung J0925+1403, erwies sich als besonders interessant: Ganze acht Prozent ihrer UV-Strahlung entkommt aus der Galaxie in den intergalaktischen Raum. Das würde ausreichen, dort Wasserstoffgas mit dem mehr als vierzigfachen der Gesamtmasse dieser Galaxie zu ionisieren. Damit dürften „Green Peas“ tatsächlich in der Lage gewesen sein, die kosmische Reionisierung zu bewerkstelligen. Die da­maligen „Green Peas“ könnten also das dunkle Zeitalter nach dem Urknall beendet haben.

MPIA / RK

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  • 29. September 2016

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