Astronomen, die genau bestimmen wollten, wann die Reionozation des Universums stattfand, haben etwa 800 Millionen Jahre nach dem Urknall einige der frühesten Galaxien gefunden. Das Alter einer Galaxie wurde 787 Millionen Jahre nach dem Urknall durch eine charakteristische neutrale Wasserstoffsignatur bestätigt. Der Befund ist die erste Altersbestätigung einer sogenannten Dropout-Galaxie zu diesem entfernten Zeitpunkt und zeigt genau an, wann die Reionisierungsepoche wahrscheinlich begann.
Die Reionisierungsperiode ist ungefähr die weiteste Zeit zurück, die Astronomen beobachten können. Der Urknall vor 13,7 Milliarden Jahren schuf ein heißes, trübes Universum. Etwa 400.000 Jahre später kühlten sich die Temperaturen ab, Elektronen und Protonen schlossen sich zu neutralem Wasserstoff zusammen und die Dunkelheit klärte sich. Einige Zeit vor 1 Milliarde Jahren nach dem Urknall begann neutraler Wasserstoff in den ersten Galaxien Sterne zu bilden, die Energie ausstrahlten und den Wasserstoff wieder in ionisierten Zustand umwandelten. Obwohl nicht die dicke Plasmasuppe der früheren Zeit kurz nach dem Urknall, begann diese Sternentstehung die Reionisierungsepoche.
Astronomen wissen, dass diese Ära etwa 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall endete, aber als sie begann, ist sie ihnen entgangen.
Wir suchen nach „Dropout“ -Galaxien “, sagte Masami Ouchi, der ein US-amerikanisches und japanisches Astronomenteam leitete, das auf die Epoche der Reionisierung zurückblickte. „Wir verwenden zunehmend rötere Filter, die zunehmende Wellenlängen des Lichts aufdecken, und beobachten, welche Galaxien aus Bildern verschwinden oder aus diesen mit diesen Filtern erstellten Bildern ausfallen. Ältere, weiter entfernte Galaxien, die aus immer röteren Filtern herausfallen, und die spezifischen Wellenlängen können uns die Entfernung und das Alter der Galaxien mitteilen. Das Besondere an dieser Studie ist, dass wir ein Gebiet untersucht haben, das über 100-mal größer ist als die vorherigen und daher eine größere Stichprobe früher Galaxien (22) als frühere Untersuchungen hatten. Außerdem konnten wir das Alter einer Galaxie bestätigen “, fuhr er fort. "Da alle Galaxien mit derselben Dropout-Technik gefunden wurden, sind sie wahrscheinlich gleich alt."
Das Team von Ouchi konnte eine so große Umfrage durchführen, da es einen maßgeschneiderten Super-Rot-Filter und andere einzigartige technologische Fortschritte bei der Rotempfindlichkeit der Weitfeldkamera des 8,3-Meter-Subaru-Teleskops verwendete. Sie machten ihre Beobachtungen von 2006 bis 2009 im Feld Subaru Deep Field und Great Observatories Origins Deep Survey North. Anschließend verglichen sie ihre Beobachtungen mit Daten aus anderen Studien.
Astronomen haben sich gefragt, ob das Universum im Laufe der Zeit sofort oder allmählich reionisiert wurde, aber was noch wichtiger ist, sie haben versucht zu isolieren, als das Universum mit der Reionisierung begann. Messungen der Galaxiendichte und -helligkeit sind der Schlüssel zur Berechnung der Sternentstehungsraten, die viel darüber aussagen, was wann passiert ist. Die Astronomen untersuchten die Sternentstehungsraten und die Geschwindigkeit, mit der Wasserstoff ionisiert wurde.
Mithilfe von Daten aus ihrer und anderen Studien stellten sie fest, dass die Sternentstehungsraten von 800 Millionen Jahren auf etwa eine Milliarde Jahre nach dem Urknall und danach dramatisch niedriger waren. Dementsprechend berechneten sie, dass die Ionisationsrate während dieser frühen Zeit aufgrund dieser geringen Sternentstehungsrate sehr langsam sein würde.
„Wir waren wirklich überrascht, dass die Ionisationsrate so niedrig zu sein scheint, was einen Widerspruch zur Behauptung des WMAP-Satelliten der NASA darstellen würde. Es kam zu dem Schluss, dass die Reionisierung spätestens 600 Millionen Jahre nach dem Urknall begann “, bemerkte Ouchi. „Wir glauben, dass dieses Rätsel durch effizientere Produktionsraten ionisierender Photonen in frühen Galaxien erklärt werden könnte. Die Bildung massereicher Sterne war damals möglicherweise viel heftiger als in den heutigen Galaxien. Weniger massive Sterne produzieren mehr ionisierende Photonen als viele kleinere Sterne “, erklärte er.
Die Forschung wird in einer Dezember-Ausgabe des Astrophysical Journal veröffentlicht.
Quelle: EurekAlert
