Wie unterschiedlich waren Galaxien im frühen Universum?

Eine Reihe von 350 Radioteleskopen in der Karoo-Wüste in Südafrika nähert sich der Entdeckung der „kosmischen Morgendämmerung“ – der Ära nach dem Urknall, als sich erstmals Sterne entzündeten und Galaxien zu blühen begannen.

Ein Team von Wissenschaftlern aus ganz Nordamerika, Europa und Südafrika hat die Empfindlichkeit eines Radioteleskops namens Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA) verdoppelt.Mit diesem DurchbruchSie hoffen, einen Blick in die Geheimnisse des frühen Universums werfen zu können.

„In den letzten Jahrzehnten haben Teams auf der ganzen Welt an einer ersten Entdeckung von Radiowellen aus der kosmischen Morgendämmerung gearbeitet. Während eine solche Entdeckung noch schwer fassbar ist, stellen die Ergebnisse von HERA die bisher präziseste Verfolgung dar“, sagt Adrian Liu, ein Assistenzprofessor am Fachbereich Physik und am Trottier Space Institute der McGill University.

Das Array war bereits das empfindlichste Radioteleskop der Welt, das der Erforschung der kosmischen Morgendämmerung gewidmet war. Jetzt hat das HERA-Team seine Empfindlichkeit für Radiowellen, die etwa 650 Millionen Jahre nach dem Urknall emittiert wurden, um den Faktor 2,1 und für Radiowellen, die etwa 450 Millionen Jahre nach dem Urknall emittiert wurden, um den Faktor 2,6 verbessert. Ihre Arbeit wird in einem im Astrophysical Journal veröffentlichten Artikel beschrieben.

Obwohl die Wissenschaftler noch keine Radioemissionen vom Ende des kosmischen dunklen Zeitalters entdeckt haben, liefern ihre Ergebnisse Hinweise auf die Zusammensetzung von Sternen und Galaxien im frühen Universum. Bisher deuten ihre Daten darauf hin, dass frühe Galaxien im Gegensatz zu unseren heutigen Galaxien außer Wasserstoff und Helium nur sehr wenige Elemente enthielten. Heutige Sterne enthalten eine Vielzahl von Elementen, von Lithium bis Uran, die schwerer als Helium sind.

Wenn die Radioschüsseln vollständig online und kalibriert sind, hofft das Team, eine 3D-Karte der Blasen aus ionisiertem und neutralem Wasserstoff – Marker für frühe Galaxien – zu erstellen, wie sie sich von etwa 200 Millionen Jahren bis etwa 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall entwickelt haben. Die Karte könnte uns sagen, wie sich frühe Sterne und Galaxien von denen unterschieden, die wir heute um uns herum sehen, und wie das Universum in seiner Jugend aussah, sagen die Forscher.

Den Forschern zufolge schließt die Tatsache, dass das HERA-Team diese Signale noch nicht entdeckt hat, einige Theorien über die Entstehung von Sternen im frühen Universum aus. „Unsere Daten deuten darauf hin, dass frühe Galaxien im Röntgenbereich etwa 100-mal leuchtender waren als heutige Galaxien. Die Überlieferung besagte, dass dies der Fall sein würde, aber jetzt haben wir tatsächliche Daten, die diese Hypothese stützen“, sagt Liu.

Das HERA-Team verbessert weiterhin die Kalibrierung und Datenanalyse des Teleskops in der Hoffnung, diese Blasen im frühen Universum zu sehen. Es war jedoch nicht einfach, das lokale Radiorauschen herauszufiltern, um die Signale aus dem frühen Universum zu erkennen. „Wenn es Schweizer Käse ist, machen die Galaxien die Löcher, und wir suchen nach dem Käse“, sagt David DeBoer, ein Forschungsastronom am Radio Astronomy Laboratory der University of California Berkeley.

„HERA verbessert sich weiter und setzt immer bessere Grenzwerte“, sagt Aaron Parsons, Hauptforscher von HERA und außerordentlicher Professor für Astronomie an der University of California Berkeley. „Die Tatsache, dass wir weiter vorankommen und über neue Techniken verfügen, die für unser Teleskop weiterhin Früchte tragen, ist großartig.“

Die HERA-Zusammenarbeit wird von der University of California Berkeley geleitet und umfasst Wissenschaftler aus ganz Nordamerika, Europa und Südafrika. In Kanada wird sie vom Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, dem Canadian Institute for Advanced Research und dem Fonds de recherche du Québec unterstützt. Nature et Technologies und vom Trottier Space Institute der McGill University. Der Bau des Arrays wird von der National Science Foundation, der Alfred P. Sloan Foundation und der Gordon and Betty Moore Foundation finanziert, mit maßgeblicher Unterstützung der südafrikanischen Regierung und des South African Radio Astronomy Observatory (SARAO).

– Diese Pressemitteilung wurde ursprünglich auf der Website der McGill University veröffentlicht