Die kosmische Leere enthält weniger Galaxien als erwartet, was es dem Licht ironischerweise erschwert, durchzudringen

Laut Urknalltheorie der Kosmologie begann das Universum vor ungefähr 13,8 Milliarden Jahren, als sich die gesamte Materie im Universum von einem einzigen Punkt unendlicher Dichte aus auszudehnen begann. In den nächsten paar Milliarden Jahren begannen sich die fundamentalen Kräfte des Universums voneinander zu trennen und es bildeten sich subatomare Teilchen und Atome. Mit der Zeit bildeten sich dabei die ersten Sterne und Galaxien, die die großräumige Struktur des Universums hervorbrachten.

Doch erst etwa 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall begann das Universum transparent zu werden. Vor etwa 12 Milliarden Jahren war der intergalaktische Raum mit Gas gefüllt, das viel weniger transparent war als heute, mit Variationen von Ort zu Ort. Um herauszufinden, warum dies so war, hat ein Team von Astronomen benutzte kürzlich das größte Teleskop der Welt um in einem riesigen Raumvolumen nach Galaxien junger Sterne zu suchen.

Die Studie, die ihre Ergebnisse detailliert beschreibt, erschien kürzlich inDas Astrophysikalische Journalunter dem Titel ' Beweise für großräumige Fluktuationen im metagalaktischen ionisierenden Hintergrund in der Nähe von Rotverschiebung Sechs “. Die Studie wurde von George D. Becker, Professor für Astrophysik an der University of California Riverside, geleitet und umfasste Mitglieder der University of California, Los Angeles (UCLA) und der University of California, Santa Barbara (UCSB).

Diese Abbildung zeigt die Entwicklung des Universums vom Urknall links bis zur Neuzeit rechts. Bildnachweis: NASA

Für ihre Studie nutzte das Team die Subaru-Teleskop – das größte Teleskop der Welt, das sich am befindet Mauna Kea Observatorien auf Hawaii – um ein Raumvolumen von 500 Millionen Lichtjahren zu untersuchen, wie es vor etwa 12 Milliarden Jahren existierte. Anhand dieser Daten zog das Team zwei mögliche Modelle in Betracht, die die Unterschiede in der Transparenz erklären könnten, die Astronomen während dieser kosmischen Epoche beobachtet haben.

Einerseits würde das Team schlussfolgern, dass Startlicht das intergalaktische Gas nicht sehr weit durchdringen könnte, wenn die Region eine kleine Anzahl von Galaxien enthielte. Enthält es dagegen eine ungewöhnlich große Anzahl von Galaxien, würde dies darauf hindeuten, dass sich die Region in den letzten mehreren hundert Millionen Jahren deutlich abgekühlt hat. Beck und sein Team hatten vor ihren Beobachtungen erwartet, dass es sich um Letzteres handelt.

Sie fanden jedoch heraus, dass die Region weit weniger Galaxien enthielt als erwartet – was darauf hindeutete, dass die Undurchsichtigkeit der Region auf fehlendes Sternenlicht zurückzuführen war. Wie Steven Furlanetto, ein UCLA-Professor für Astronomie und Mitautor der Forschung, in einer kürzlich erschienenen UCLA Pressemitteilung :

„Es war ein seltener Fall in der Astronomie, dass zwei konkurrierende Modelle, die beide auf ihre Weise überzeugend waren, genau entgegengesetzte Vorhersagen boten, und wir hatten das Glück, dass diese Vorhersagen überprüfbar waren… Es ist nicht so, dass die Undurchsichtigkeit eine Ursache für den Mangel ist.“ von Galaxien. Stattdessen ist es umgekehrt.“

Diese Studie befasst sich nicht nur mit einem anhaltenden Rätsel in der Astronomie, sondern hat auch Auswirkungen auf unser Verständnis der Entwicklung des Universums im Laufe der Zeit. Nach unseren aktuellen kosmologischen Modellen wird der Zeitraum, der etwa 380.000 bis 150 Millionen Jahre nach dem Urknall stattfand, als „dunkles Zeitalter“ bezeichnet. Die meisten Photonen im Universum wechselwirkten zu dieser Zeit mit Elektronen und Protonen, was bedeutet, dass Strahlung aus dieser Zeit mit unseren aktuellen Instrumenten nicht nachweisbar ist.

Ungefähr 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall bildeten sich jedoch die ersten Sterne und Galaxien. Es wird weiter angenommen, dass ultraviolettes Licht dieser ersten Galaxien das Universum erfüllte und es dem Gas im Weltraum ermöglichte, transparent zu werden. Dies wäre in Regionen mit mehr Galaxien früher aufgetreten, schlussfolgerten die Astronomen, weshalb es Unterschiede in der Transparenz gibt.

Kurz gesagt, wenn mehr ultraviolette Strahlung von Galaxien zu größerer Transparenz im frühen Universum führen würde, dann würde die Existenz von weniger nahen Galaxien dazu führen, dass bestimmte Regionen dunkler werden. In Zukunft hoffen Becker und sein Team, diese und ähnliche Regionen des Weltraums weiter zu untersuchen, in der Hoffnung, dass sie Hinweise darauf liefern, wie die ersten Galaxien das Universum während dieser frühen Periode beleuchteten, die derzeit noch Gegenstand der Untersuchung ist .

Es wird erwartet, dass diese Forschung auch mehr Licht auf die Entwicklung des frühen Universums wirft und allmählich zu dem heute vertrauten führt. Und da Instrumente der nächsten Generation tiefer in den Weltraum (und damit weiter in die Vergangenheit) vordringen können, werden wir vielleicht verstehen, wie sich die Existenz, wie wir sie kennen, entwickelt hat.

Weiterlesen: UCLA , Das Astrophysikalische Journal