Die
Ergebnisse eines Forschungsteams unter der Leitung von Simon Lilly von
der ETH Zürich in der Schweiz sind die neuesten Erkenntnisse
über eine Zeitspanne,
die als Ära der Reionisierung bekannt ist, als das Universum
dramatische Veränderungen durchlief. Nach dem Urknall war das Gas
im Universum unglaublich heiß und dicht.
Im Laufe von Hunderten von Millionen Jahren kühlte sich das Gas
ab. Dann drückte das Universum auf „Wiederholen“. Das
Gas wurde wieder heiß und ionisiert,
wahrscheinlich aufgrund der Bildung früher Sterne in Galaxien, und wurde im Laufe der Millionen von Jahren transparent.
Forscher suchen seit langem nach endgültigen Beweisen, um diese
Veränderungen zu erklären. Die neuen Ergebnisse ziehen am
Ende dieser Reionisierungsphase effektiv den Vorhang zurück.
„Webb zeigt nicht nur deutlich, dass diese transparenten Regionen
um Galaxien herum zu finden sind, wir haben auch gemessen, wie
groß sie sind“, erklärte Daichi Kashino
von der Universität Nagoya in Japan, der Hauptautor der ersten
Arbeit des Teams. „Mit Webbs Daten sehen wir, wie Galaxien das
Gas um sie herum reionisieren.“
Diese Regionen aus transparentem Gas sind im Vergleich zu den Galaxien
gigantisch. Stellen Sie sich einen Heißluftballon vor, in dem
eine Erbse schwebt.
Webbs Daten zeigen, dass diese relativ kleinen Galaxien die
Reionisierung vorangetrieben haben und riesige Regionen des Weltraums
um sie herum frei gemacht haben.
Im Laufe der nächsten hundert Millionen Jahre wurden diese
transparenten „Blasen“ immer größer, bis sie
schließlich verschmolzen und das gesamte Universum transparent
wurde.
Bild: NASA
Vor mehr als 13 Milliarden Jahren, während der Ära der Reionisierung, war das Universum ein ganz anderer Ort.
Das Gas zwischen den Galaxien war für energiereiches Licht
weitgehend undurchsichtig, was die Beobachtung junger Galaxien
erschwerte.
Was ermöglichte die vollständige Ionisierung des Universums,
was zu den „klaren“ Bedingungen führte, die heute in
weiten Teilen des Universums beobachtet werden?
Forscher des James Webb-Weltraumteleskops der NASA fanden heraus, dass
die überwiegende Mehrheit der Galaxien dafür verantwortlich
ist.
Lillys Team zielte absichtlich auf eine
Zeit kurz vor dem Ende der Ära der Reionisierung, als das
Universum noch nicht ganz klar und nicht ganz undurchsichtig war.
Es enthielt ein Flickenteppich aus Gas in verschiedenen Zuständen.
Wissenschaftler richteten Webb auf einen Quasar, ein extrem leuchtendes,
aktives, supermassereiches Schwarzes Loch, das wie eine riesige
Taschenlampe wirkt und beleuchteten das Gas zwischen dem Quasar und
unseren Teleskopen.
(Sie finden es in der Mitte dieser Ansicht: Es ist winzig und rosa mit sechs markanten Beugungsspitzen.)
Als das Licht des Quasars durch verschiedene Gasbereiche auf uns zukam,
wurde es entweder von undurchsichtigem Gas absorbiert oder bewegte sich
frei durch transparentes Gas.
Die bahnbrechenden Ergebnisse des Teams waren nur möglich, indem
Webbs Daten mit Beobachtungen des zentralen Quasars vom W. M. Keck
Observatory in Hawaii
sowie dem Very Large Telescope des European Southern Observatory und
dem Magellan Telescope am Las Campanas Observatory, beide in Chile,
gepaart wurden.
„Indem der Quasar Gas entlang unserer Sichtlinie beleuchtet,
liefert er uns umfassende Informationen über die Zusammensetzung
und den Zustand des Gases“,
erklärte Anna-Christina Eilers vom MIT in Cambridge, Massachusetts, die Hauptautorin einer anderen Teamarbeit.
Anschließend identifizierten die Forscher mithilfe von Webb
Galaxien in der Nähe dieser Sichtlinie und zeigten, dass die
Galaxien im Allgemeinen von transparenten Regionen
mit einem Radius von etwa 2 Millionen Lichtjahren umgeben sind. Mit
anderen Worten: Webb war Zeuge von Galaxien, die am Ende der Ära
der Reionisierung dabei waren,
den Raum um sie herum zu räumen. Um dies ins rechte Licht zu
rücken: Die Fläche, die diese Galaxien freigelegt haben, ist
ungefähr so weit entfernt wie der Raum zwischen
unserer Milchstraße und unserem nächsten Nachbarn, Andromeda.
Bisher
verfügten Forscher nicht über diesen endgültigen Beweis
dafür, was die Reionisierung verursachte. Vor Webb wussten sie
nicht genau, was dafür verantwortlich war.
Wie sehen diese Galaxien aus?
„Sie sind chaotischer als diejenigen im nahen Universum“,
erklärte Jorryt Matthee, ebenfalls von der ETH Zürich und
Hauptautor der zweiten Arbeit des Teams.
„Webb zeigt, dass sie aktiv Sterne bildeten und viele Supernovae
abgeschossen haben müssen. Sie hatten eine ziemlich abenteuerliche
Jugend!“
Bild: NASA
Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA hat außergewöhnlich detaillierte Nahinfrarotbilder von Galaxien geliefert,
die existierten, als das Universum erst 900 Millionen Jahre alt war, einschließlich nie zuvor gesehener Strukturen.
Diese entfernten Galaxien sind klumpig, oft langgestreckt und bilden aktiv Sterne.
