Die meisten Wissenschaftler können ihre Forschung sehen, hören, riechen, berühren oder sogar schmecken. Aber Astronomen können nur Licht studieren – Photonen, die Milliarden von Lichtjahren durch den Kosmos reisen, bevor sie von einer Reihe von Radioschüsseln oder einem einzigen Parabolspiegel, der die Erde umkreist, aufgefangen werden.
Glücklicherweise quillt das Universum von Photonen über ein Spektrum von Energien und Wellenlängen über. Aber Astronomen verstehen nicht ganz, woher das meiste Licht, insbesondere im frühen Universum, stammt.
Jetzt hoffen neue Simulationen, den Ursprung des ultravioletten Lichts aufzudecken, das den frühen Kosmos badet – und formt.
„Wer erzeugt mehr Licht? Die größten Städte eines Landes oder seine vielen kleinen Städte?“ fragte Hauptautor Andrew Pontzen in a Pressemitteilung . „Städte sind heller, aber Städte sind viel zahlreicher. Das Verständnis der Bilanz würde Ihnen etwas über die Organisation des Landes sagen. Wir stellen eine ähnliche Frage zum Universum: Kommt ultraviolettes Licht von zahlreichen, aber schwachen Galaxien oder von einer kleineren Anzahl von Quasaren?“
Die Beantwortung dieser Frage wird uns einen wertvollen Einblick in die Art und Weise geben, wie das Universum seine Galaxien im Laufe der Zeit aufgebaut hat. Es wird auch Astronomen helfen, ihre Messungen der dunklen Energie zu kalibrieren, dem mysteriösen Agenten, der die Expansion des Universums irgendwie beschleunigt.
Das Problem ist, dass der größte Teil des intergalaktischen Raums nicht direkt zu sehen ist. Aber Quasare – brillante galaktische Zentren, die von Schwarzen Löchern angetrieben werden, die schnell Material ansammeln – leuchten hell und beleuchten ansonsten unsichtbare Materie. Jedes dazwischenliegende Gas absorbiert das Licht des Quasars und hinterlässt dunkle Linien im ankommenden Spektrum.
„Weil sie aus so großen Entfernungen zu sehen sind, sind Quasare eine nützliche Sonde, um die Eigenschaften des Universums herauszufinden“, sagt Pontzen. „Entfernte Quasare können als Hintergrundbeleuchtung verwendet werden, und die Eigenschaften des Gases zwischen ihnen und uns werden in das Licht eingeprägt.
Mehrere Wolken von dazwischenliegendem Wasserstoffgas hinterlassen einen „Wald“ von Wasserstoffabsorptionslinien im Spektrum des Quasars. Aber entscheidend ist, dass nicht alles Gas im Universum zu diesen dunklen Linien beiträgt. Wenn Wasserstoff mit ultraviolettem Licht beschossen wird, wird er ionisiert – das Elektron trennt sich vom Proton – was ihn transparent macht.
Das im Spektrum eines Quasars sichtbare Muster der Absorptionslinien bildet also die Lage neutraler und ionisierter Regionen zwischen dem Quasar und der Erde ab.
Dieses Muster wird Astronomen die Hauptlichtquelle im frühen Universum sagen. Quasare sind in der Anzahl ziemlich begrenzt, aber einzeln extrem hell. Wenn sie den größten Teil der Strahlung verursachten, ist das Muster alles andere als einheitlich, wobei einige Bereiche fast transparent und andere stark opak sind. Wenn jedoch Galaxien, die viel zahlreicher, aber viel dunkler sind, den größten Teil der Strahlung verursachen, wird das Muster sehr gleichmäßig mit gleichmäßig verteilten Absorptionslinien sein.
Die aktuellen Stichproben von Quasaren sind nicht groß genug, um die feinen Unterschiede zwischen den beiden Szenarien belastbar zu analysieren. Pontzen und Kollegen zeigen aber, dass eine Reihe neuer Umfragen Licht in die Sache bringen sollen.
Das Team hofft, dass die DESI-Untersuchung (Dark Energy Spectroscopic Instrument), die etwa eine Million entfernte Quasare untersucht, um dunkle Energie besser zu verstehen, auch die Verteilung des dazwischenliegenden Gases aufzeigen wird.
„Es ist erstaunlich, wie wenig über die Objekte bekannt ist, die das Universum in ultraviolette Strahlung getaucht haben, während sich Galaxien zu ihrer heutigen Form zusammengefügt haben“, sagte Koautorin Hiranya Peiris. „Diese Technik gibt uns einen neuen Zugang zur intergalaktischen Umgebung während dieser kritischen Zeit in der Geschichte des Universums.“
Das Papier wurde am 27. August in den Astrophysical Journal Letters veröffentlicht und ist Online verfügbar.
