Forscher haben eine neue Technik bewiesen, die ein klareres Bild der Geschichte des Universums liefert und mit der nächsten Generation von Radioteleskopen wie dem Square Kilometer Array (SKA) verwendet werden kann.
In einer Studie, die heute in den Monthly Notices der Royal Astronomical Society veröffentlicht wurde, hat ICRAR-Doktorandin Jacinta Delhaize massenweise entfernte Galaxien untersucht, um eine ihrer wichtigen Eigenschaften - wie viel Wasserstoff sie enthalten - durch „Stapeln“ ihrer Signale zu bestimmen.
Wenn Astronomen mit Hilfe von Teleskopen in den Weltraum blicken, erhalten sie einen Einblick in die Vergangenheit des Universums, oft vor Milliarden von Jahren. Auf diese Weise können sie den gegenwärtigen Zustand des Universums mit seiner Geschichte vergleichen und seine Veränderungen im Laufe der Zeit abbilden und Hinweise auf seine Herkunft und Zukunft geben.
Jacinta untersucht ferne Galaxien wie die in diesem Bild gezeigten aus dem Hubble-Weltraumteleskop und sammelt mithilfe der neuen "Stapel" -Technik Informationen, die nur durch Radioteleskopbeobachtungen verfügbar sind. Bildnachweis: NASA, STScI und ESA.
"Ferne, jüngere Galaxien sehen ganz anders aus als nahe gelegene Galaxien, was bedeutet, dass sie sich im Laufe der Zeit verändert oder weiterentwickelt haben", sagte Delhaize. "Die Herausforderung besteht darin, herauszufinden, welche physikalischen Eigenschaften sich in der Galaxie geändert haben und wie und warum dies passiert ist."
Delhaize sagte, dass eines der Puzzleteile Wasserstoffgas ist und wie viel davon Galaxien in der Geschichte des Universums enthalten sind.
"Wasserstoff ist der Baustein des Universums, es ist das, woraus sich Sterne bilden und was eine Galaxie" lebendig "hält", sagte Delhaize.
„In der Vergangenheit bildeten Galaxien Sterne mit einer viel schnelleren Geschwindigkeit als jetzt Galaxien. Wir glauben, dass frühere Galaxien mehr Wasserstoff besaßen, und das könnte der Grund dafür sein, dass ihre Sternentstehungsrate höher ist.
Delhaize und ihre Vorgesetzten machten sich daran zu beobachten, wie viel Wasserstoff sich in fernen Galaxien befand, aber die schwachen Funksignale dieses fernen Wasserstoffgases sind kaum direkt zu erkennen. Hier setzt die neue Stapeltechnik an.
Um genügend Daten für ihre Forschung zu sammeln, kombinierte Delhaize schwache Signale von Tausenden einzelner Galaxien und stapelte sie, um ein starkes gemitteltes Signal zu erzeugen, das leichter zu studieren ist.
Jacinta Delhaize mit CSIROs Parkes Radio Telescope während einer ihrer Datenerfassungsreisen. Bildnachweis: Anita Redfern Photography.
"Was wir mit Stapeln erreichen wollen, ist wie das Erkennen eines leisen Flüsterns in einem Raum voller schreiender Menschen", sagte Delhaize. "Wenn Sie Tausende von Flüstern miteinander kombinieren, erhalten Sie einen Schrei, den Sie über einem lauten Raum hören können, genau wie wenn Sie das Radiolicht von Tausenden von Galaxien kombinieren, um sie über dem Hintergrund zu erkennen."
Die Studie untersuchte mit dem CSIRO-Radioteleskop Parkes 87 Stunden lang einen großen Teil des Himmels. Dabei wurden Signale von Wasserstoff über ein unübertroffenes Raumvolumen und bis zu zwei Milliarden Jahre zurück in der Zeit gesammelt.
"Das Parkes-Teleskop blickt sofort auf einen großen Teil des Himmels, sodass wir schnell einen Überblick über das große Feld haben, das wir für unsere Studie ausgewählt haben", sagte der stellvertretende ICRAR-Direktor und Jacintas Vorgesetzter, Professor Lister Staveley-Smith.
Laut Delhaize bedeutete die Beobachtung eines so großen Raumvolumens, dass sie die durchschnittliche Wasserstoffmenge in Galaxien in einer bestimmten Entfernung von der Erde genau berechnen konnte, die einem bestimmten Zeitraum in der Geschichte des Universums entsprach. Diese Informationen können in Simulationen der Universumsentwicklung verwendet werden und geben Aufschluss darüber, wie sich Galaxien im Laufe der Zeit gebildet und verändert haben.
Teleskope der nächsten Generation wie das internationale Square Kilometer Array (SKA) und der australische SKA Pathfinder (ASKAP) von CSIRO werden in der Lage sein, noch größere Volumina des Universums mit höherer Auflösung zu beobachten.
„Das macht sie schnell, genau und perfekt für das Studium des fernen Universums. Wir können die Stapeltechnik verwenden, um die letzten wertvollen Informationen aus ihren Beobachtungen zu ziehen “, sagte Delhaize. "Bring ASKAP und den SKA mit!"
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