Untersuchung von Materie und Strahlung aus dem frühen Universum

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Das Südpol-Teleskop. Unter Einsatz dieser Einrichtung entstanden sechs Veröffentlichungen, welche die Natur der Materie und Strahlung im frühen Universum untersuchen.
South Pole Telescope Consortium

 

Rund 400.000 Jahre, nachdem das Universum im Urknall entstanden war, kühlte die Materie genügend ab, um neutrale Atome zu bilden und erlaubte dadurch dem Licht, sich nahezu völlig ungehindert auszubreiten. Heute ist das Universum in dieses Licht getaucht und wir sehen es als kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (engl.: cosmic microwave background radiation = CMBR). Moderne Instrumente untersuchen diese sorgfältig, versuchen zu erfassen, was direkt nach der Geburt des Kosmos geschah. Unter anderem enthält das Licht Hinweise darauf, wie sich Sterne und Galaxien in der Folgezeit bildeten und entwickelten. Galaxien neigen dazu, sich in Gruppen zusammenzufinden – zum Beispiel liegen unsere eigene Milchstraße und ihre lokalen Nachbarn am Rand des Virgo-Clusters. Das intergalaktische Gas innerhalb der Galaxiencluster wird manchmal durch Schockwellen aufgeheizt, während es in die Galaxien stürzt. Diese relativ dichte, heiße Materie kann das ursprüngliche Licht der CMBR streuen – Milliarden von Jahren, nachdem es sich frei bewegen konnte. Astronomen haben in Karten der CMBR nach geringfügig lichtschwächeren Gebieten auf Grund dieses Streueffekts gesucht, der als Sunjajev-Zeldowitsch-Effekt (S-Z-Effekt) bekannt ist. Der Effekt trägt den Namen der beiden Theoretiker, die seine Existenz 1970 als erste vorhersagten. In den vergangenen Jahren haben verschiedene Gruppen versucht, mit Hilfe des S-Z-Effekts Galaxiencluster zu entdecken. Die derart gefundenen Cluster sind an sich schon interessant, weisen aber zudem wertvolle statistische Eigenschaften für Untersuchungen in der Kosmologie auf. 

Eine große internationale Arbeitsgruppe hat jetzt eine bahnbrechende Serie von sechs Aufsätzen über den S-Z-Effekt und verwandter Phänomene veröffentlicht. Darin finden sich Ergebnisse von Beobachtungen mit dem Südpol-Teleskop wieder, einem Submillimeter-Teleskop von zehn Metern Durchmesser, das bei der Amundsen-Scott-Station in der Antarktis lokalisiert ist. Bisher wurde der S-Z-Effekt in einundzwanzig Galaxienhaufen beobachtet, genug, um vorläufige Tests kosmologischer Modelle zu liefern. Neben dem Beitrag, Modelle der Galaxienbildung im frühen Universum zu untermauern, hat das Teleskop die Astronomen in die Lage versetzt, die Rahmenbedingungen der Urknall-Kosmologie weiterzuentwickeln. Das Teleskop hat außerdem 188 ferne Galaxien vermessen und festgestellt, daß von diesen 75% Millimeterstrahlung aussenden, die für Galaxien kennzeichnend ist, die von massereichen Schwarzen Löchern in ihren Zentralbereichen beherrscht werden; die verbleibenden 25% werden von Strahlung durch Staub dominiert, der bei der Sternentstehung gebildet wird. Die Gruppe folgert, daß letztere Objekte die seltensten und hellsten Mitglieder der Gruppe sehr früher Galaxien im Entstehungsprozeß darstellen. 

Weitere Veröffentlichungen in dieser wichtigen Serie präsentieren eine Analyse der Änderungen in der CMBR selbst und optische Entfernungsmessungen kürzlich entdeckter Galaxiencluster. Diese Aufsätze sind ein wichtiger Fortschritt in unserem Verständnis des frühen Universums, sowohl seiner Materie (zu sehen in Galaxien) als auch seiner Strahlung (zu sehen in der CMBR).

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