Vorbereitung auf die Untersuchung der Ära der Reionisation

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Eine „Kachel“ des Murchison Wide-field Array Telescope. In Vorbereitung auf der Suche nach der ersten Generation von Galaxien hat man mit Hilfe dieser Einrichtung den ersten Katalog an extragalaktischen Quellen von „Lichtverschmutzung“ in einem ihrer Blickfelder veröffentlicht. Murchison Wide-field Array

Das Zeitalter, in dem die ersten Sterne erschienen, ist ein wichtiges Zeitalter in der kosmischen Geschichte. Diese Sterne begannen die Produktion der chemischen Elemente (die schwerer als Wasserstoff und Helium sind) und mit ihrem Licht setzte die erneute Ionisierung des neutralen kosmischen Gases ein. Deshalb markieren diese Sterne den Beginn des Universums, so wie wir es heute kennen und den Anfang des sogenannten Zeitalters der Reionisation. Die Bezeichnung „Reionisation“ bezieht sich auf den Vorgang, bei dem die Atome des kosmischen Gases (durch das ultraviolette Licht der neuen Sterne) angeregt werden und einige ihrer Elektronen verlieren. Astronomen glauben, daß diese Periode etwa wenige Hundert Millionen Jahre nach dem Urknall einsetzte.

Neutrale Wasserstoffatome waren von dem Zeitpunkt an, wo sie entstanden, etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall bis zum Zeitalter der Reionisation, das vorherrschende Element im Weltall. Astronomen bauen nun Einrichtungen wie das Radioteleskop des Murchison Wide-field Array (MWA), um nach Licht von den Wasserstoffatomen aus dem Anbeginn dieser Epoche zu suchen; eine entmutigende Aufgabe – nicht nur, weil die Quellen so entfernt und schwach sind, sondern auch, weil so viele andere Galaxien aus viel späteren kosmischen Zeiten sich im Weg befinden und die Sichtlinien mit ihrem Licht überlagern. Dazu kommen noch mehr regionale Quellen mit weiterer „Lichtverschmutzung“.

Lincoln Greenhill, Justin Kasper und Avi Loeb vom CfA waren Mitglieder eines großen Teams an Wissenschaftlern, die das MWA zu Beginn der Inbetriebnahme benutzten, um einen Katalog an Vordergrundquellen zu erstellen, die vermutlich Grund für Verwechslungen liefern könnten. Zurzeit besteht das MWA aus 128 Gruppen („Kacheln“) aus sechzehn Antennen, die in vier mal vier Quadraten aufgestellt und für Wellenlängen im Bereich von einem Meter empfindlich sind. Das ungewöhnliche Teleskopmuster bedeutete, daß das Team lernen musste, wie die komplexen, hierdurch entstandenen Daten auf geeignete Weise einzuschränken und zu analysieren sind, und viel Arbeit in dieser Forschungsarbeit war diesen Fragen gewidmet.

Erfolgreich identifizierten die Astronomen 7394 extragalaktische Quellen, die für Verwechslung mit Galaxien aus früherer Zeit im ersten Bild des untersuchten Himmelareals sorgen könnten. Nahezu all diese Objekte wurden mit bereits bekannten Galaxien in Verbindung gebracht, aber fünfundzwanzig von ihnen sind bislang unbekannt gewesen; doch alle sind jetzt beschrieben worden. Die Ergebnisse zeigen zum einen die Machbarkeit der baulichen Ausführung des MWA und sind zum anderen ein erster Schritt zum Aufbau einer Datenbank, mit deren Hilfe man die Vordergrundstrahlung von der Gesamtstrahlung sehr präzise abziehen kann, um die werdenden Galaxien im frühen Universum sichtbar zu machen.

Literatur:

„A High Reliability Survey of Discrete Epoch of Reionization Foreground Sources in the MWA EoR0 Field“

P. A. Carroll et al.

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 461, 4151–4175 (2016)