Vor dem dunklen Zeitalter

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Eine Graphik der Entwicklung des Universums, vom Urknall (“dawn of time”) bis zum heutigen Tag, 13.7 Milliarden Jahre später. Astronomen am Center for Astrophysics haben die Strahlung neutralen Wasserstoffs zur Zeit des “dunklen Zeitalters” untersucht, unmittelbar 380.000 Jahre nach dem Urknall, als der gesamte Wasserstoff neutral war und die ersten Sterne noch nicht entstanden waren. NASA WMAP

 

Das im Urknall entstandene Universum bestand überwiegend aus Wasserstoff – in Bezug auf die Masse zu etwa 75 Prozent; die restliche Materie lag in Form von Helium und geringsten Spuren anderer leichter Elemente vor. Der erste Wasserstoff wurde von freien Protonen und Elektronen gebildet – diese Teilchen streuten das kosmische Licht wie es Nebeltröpfchen mit Licht tun. Nach ungefähr 380.000 Jahren war das Universum so weit abgekühlt, daß sich stabile und neutrale Wasserstoffatome bilden konnten. Ab diesem Moment breitete sich Licht ungestört aus – dieses Licht ist heute als kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung zu sehen.

Die kosmische Epoche nach der Bildung neutraler Atome wird “dunkles Zeitalter” genannt, da, obwohl von Licht durchflutet, das Universum allmählich mit der Ausdehnung abkühlte, aber in der Zwischenzeit keine neue, heiße Strahlung erzeugt wurde. Erst nachdem riesige Wolken aus Wasserstoffatomen unter dem Einfluß der Schwerkraft zusammengefallen waren, um Sterne zu bilden, heizten Kernreaktionen die Materie genügend auf, um bedeutsame neue Quellen an Licht hervorzubringen. Dies ist zumindest das herkömmliche Bild und es wird mit beachtlicher Treffsicherheit durch neue erdgebundene sowie Satellitenbeobachtungen gestützt. Obgleich in großen Zügen eindrucksvoll, besitzt dieses Szenario dennoch viele Lücken. Eine berührt ein bestimmtes Ereignis im Universum während dieser dunklen Zeiten – genauer die Frage, wie entstand jene einmalige Generation an ersten Sternen.

Jonathan Pritchard und Abraham Loeb am Center for Astrophysics haben, veröffentlicht im Journal Physical Review, einen neuen Weg vorgeschlagen, um mit der Strahlung von neutralen Wasserstoffatomen diese dunkle Epoche zu untersuchen. Wasserstoffatome senden Radiowellen von 21 cm aus. Mit Radioteleskopen durchgeführte Untersuchungen von Wasserstoff in unserer lokalen galaktischen Nachbarschaft sind seit ihrer Entdeckung in den 1930-ger Jahren ein wirksames Werkzeug für die Astronomie gewesen. Heute gibt es mehrere astronomische Teams, die beabsichtigen, das 21-cm-Licht aus der Ära des dunklen Zeitalters zu untersuchen. Die meisten dieser neuen Experimente planen allerdings, nach Abweichungen in dieser Strahlung zu suchen (und zu modellieren), da sowohl solche Unterschiede aufschlussreich, als auch in dem schwachen Leuchten einfacher zu messen sind anstatt die absolute Stärke dieser Strahlung zu ermitteln. In ihrer neuen theoretischen Arbeit betonen die beiden Astronomen die wichtigen Beschränkungen, die direkte Messungen liefern würden – beispielsweise bei der Verfolgung der lokalen Tempera-turen – und zeigen zudem, wie genaue Ergebnisse trotz der Gegenwart des hellen Wasserstofflichts aus der Milchstraße und unserem lokalen Universum erzielt werden könnten. Die neue Arbeit ist der erste ernsthafte Blick auf dieses Problem und bietet den Experimentatoren Unterstützung.

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