Während des Cosmic Dark Ages reifte unser Universum von einer ursprünglichen Suppe aus neutralem Gas zu dem sternengefüllten Kosmos, den wir heute sehen. Eine neue Studie untersucht diese mysteriöse Zeit.
Größer anzeigen. | Meilensteine in der Geschichte des Universums (nicht maßstabsgetreu). Gas befand sich ungefähr 300.000 Jahre nach dem Urknall in einem neutralen Zustand, bis das Licht der ersten Generation von Sternen und Galaxien begann, es zu ionisieren, dh Atome im Gas ihrer Elektronen zu entfernen. Eine neue Studie untersucht das Universum bei 800 Millionen Jahren (gelbes Kästchen), um zu untersuchen, wann und wie diese Transformation stattgefunden hat. Bild über NAOJ / NOAO.
Sternenlicht ist die Verkehrssprache unseres Universums; es ist die Sprache, die Astronomen sprechen lernen müssen, wenn sie unseren Platz in Raum und Zeit verstehen wollen. Aber das Sternenlicht hat es nicht immer war ein Merkmal des Universums. In der Urknallkosmologie kam es kurz nach dem hell erleuchteten Urknall zu einer Zeit, in der das Universum vollkommen dunkel war. Diese Periode, bevor die ersten Sterne geboren wurden, soll in unserem 13,8 Milliarden Jahre alten Universum mehrere hundert Millionen Jahre gedauert haben. Astronomen nennen es das kosmische Mittelalter. Letzte Woche (11. Juli 2017) hat das National Optical Astronomy Observatory (NOAO) mitgeteilt, dass die Astronomen einen weiteren Schritt auf dem Weg zur Erforschung des frühen Universums unternommen haben, indem sie 23 kleine sternbildende Galaxien entdeckt haben, die als Lyman Alpha Emitting Galaxies (LAEs) bezeichnet werden Das Universum war nur 800 Millionen Jahre alt. Das Auffinden dieser Galaxien hilft ihnen, das Ende des kosmischen Mittelalters und die Entstehung der ersten Sterne und Galaxien genau zu bestimmen. NOAO sagte:
Die Ergebnisse lassen vermuten, dass sich die frühesten Galaxien gebildet haben, die das Universum beleuchteten und ionisierten.
Was ist das kosmische Mittelalter? Hier ist eine gute Beschreibung des Kavli-Instituts für Teilchenastrophysik und Kosmologie, die nahe legt, dass das Universum nur wenige hunderttausend Jahre nach dem Urknall:
… Begannen das kosmische „dunkle Zeitalter“ zu betreten, das so genannt wurde, weil sich die leuchtenden Sterne und Galaxien, die wir heute sehen, noch nicht gebildet hatten. Der größte Teil der Materie im Kosmos war zu diesem Zeitpunkt dunkle Materie, wobei die wenig verbleibende gewöhnliche Materie größtenteils aus neutralem Wasserstoff und Helium bestand.
In den nächsten hundert Millionen Jahren erlebte das Universum einen entscheidenden Wendepunkt in seiner Entwicklung, der sogenannten Epoche der Reionisierung. Während dieser Zeit begann die vorherrschende dunkle Materie durch ihre eigene Anziehungskraft zu haloähnlichen Strukturen zusammenzufallen. In diese Lichthöfe wurden auch gewöhnliche Stoffe hineingezogen, die schließlich die ersten Sterne und Galaxien bildeten, die wiederum große Mengen ultravioletten Lichts freisetzten. Dieses Licht war energiereich genug, um die Elektronen aus der umgebenden neutralen Materie herauszulösen, ein Prozess, der als kosmische Reionisierung bekannt ist.
Das ist eine gute Beschreibung dessen, was könnte zufällig das kosmische Mittelalter beendet haben. Astronomen, die Studien wie diese durchführen, versuchen so viele Beobachtungsnachweise wie möglich zu sammeln. Sie stellen sich das Ende des kosmischen dunklen Zeitalters vor, als ob es irgendwann zwischen 300 Millionen und 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall stattgefunden hätte. Daher wollen sie Galaxien so nah wie möglich am Ende dieses Zeitraums beobachten, doch wie NOAO in seiner jüngsten Erklärung sagte, bleiben diese Beobachtungen „eine Herausforderung“:
Das intergalaktische Gas… absorbiert und streut das von den Galaxien emittierte ultraviolette Licht stark und macht es schwierig, sie zu erkennen.
Größer anzeigen. | Falschfarbenbild eines 2-Quadrat-Grad-Bereichs des LAGER-Vermessungsfelds. Die kleinen weißen Kästchen zeigen die Positionen der 23 in der Umfrage entdeckten LAEs an. Die detaillierten Einschübe (gelb) zeigen zwei der hellsten LAEs; Auf einer Seite sind es 0,5 Bogenminuten, und die weißen Kreise haben einen Durchmesser von 5 Bogensekunden. Bild über Zhen-Ya Zheng (SHAO) und Junxian Wang (USTC) / NOAO.
Eine Möglichkeit, diese Periode im frühen Universum zu untersuchen, besteht darin, nach Lyman-Alpha-emittierenden Galaxien (LAEs) zu suchen. NOAO sagte:
Um zu erfahren, wann die Transformation stattgefunden hat, gehen Astronomen indirekt vor. Mithilfe der Demografie von kleinen sternbildenden Galaxien können sie ableiten, wann das intergalaktische Gas ionisiert wurde, und wann sich die ionisierenden Quellen, die ersten Galaxien, gebildet haben.
Wenn sternförmige Galaxien, die im Licht der Wasserstoff-Lyman-Alpha-Linie leuchten, von neutralem Wasserstoffgas umgeben sind, werden die Lyman-Alpha-Photonen wie Scheinwerfer im Nebel leicht gestreut und verdecken die Galaxien. Wenn das Gas ionisiert ist, hebt sich der Nebel und die Galaxien sind leichter zu erkennen.
NOAO beschrieb die neue Arbeit der Astronomen, die zur Entdeckung von 23 Kandidaten-LAEs führte, der größten Stichprobe solcher Galaxien, die bis heute in dieser Epoche des Universums entdeckt wurden. Diese kleinen sternbildenden Galaxien:
… Waren 800 Millionen Jahre nach dem Urknall anwesend.
Die Studie ergab auch, dass LAEs mit 800 Millionen Jahren viermal seltener waren als kurze Zeit später (1 Milliarde Jahre). NOAO sagte:
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Prozess der Ionisierung des Universums früh begann und bei 800 Millionen Jahren noch unvollständig war, wobei das intergalaktische Gas in dieser Epoche etwa zur Hälfte neutral und zur Hälfte ionisiert war.