Astronomen haben festgestellt, dass sogenannte „undichte“ Galaxien für die Auslösung der letzten großen Transformationsepoche in unserem Universum verantwortlich sein könnten, die das neutrale interstellare Gas ionisierte.
Vor Milliarden von Jahren war unser Universum viel kleiner und viel heißer als heute. Es war schon sehr früh so klein und heiß, dass es sich im Zustand eines Plasmas befand, in dem Elektronen von Atomkernen getrennt wurden. Aber als das Universum ungefähr 380.000 Jahre alt war, kühlte es so weit ab, dass Elektronen sich mit ihren Kernen rekombinieren und eine Suppe aus neutralen Atomen bilden konnten.
Beobachtungen des heutigen Universums zeigen jedoch, dass fast die gesamte Materie im Universum überhaupt nicht neutral ist. Stattdessen ist es ionisiert, wieder im Zustand eines Plasmas. In den dazwischenliegenden Milliarden von Jahren musste etwas geschehen, um das neutrale Gas des Kosmos in ein ionisiertes Plasma umzuwandeln. Astronomen nennen dieses Ereignis die Epoche der Reionisierung und vermuten, dass es innerhalb der ersten paar hundert Millionen Jahre nach dem Urknall stattfand. Aber sie sind sich nicht sicher, wie dieses Transformationsereignis vonstatten ging.
Eine der großen Debatten in der modernen Kosmologie ist die Quelle der Reionisierung. Eine Hypothese ist, dass Quasare dafür verantwortlich sind. Quasare sind die ultrahellen Kerne, die supermassereiche Schwarze Löcher umgeben und enorme Mengen hochenergetischer Strahlung aussenden. Diese Strahlung könnte das Universum leicht überfluten und es von neutral in ionisiert verwandeln. Das Problem bei dieser Hypothese ist jedoch, dass Quasare relativ selten sind und daher Schwierigkeiten haben, das Volumen des Universums abzudecken.
Eine andere Hypothese ist, dass junge Galaxien, die reich an Sternentstehung sind, dafür verantwortlich sind. In diesem Szenario ist der Prozess der Ionisierung des neutralen Gases weiter über das Universum verteilt. Jede einzelne Galaxie ist nur in der Lage, das Gas in ihrer näheren Umgebung zu ionisieren, aber da es so viele Galaxien gibt, ist es möglich, das gesamte Universum zu reionisieren. Aber der einzige Weg, dies zu tun, ist, wenn genügend hochenergetische Strahlung aus Galaxien und in das umgebende Medium austritt.
Ein Team von Astronomen hat das James-Webb-Weltraumteleskop verwendet, um diese Hypothese zu untersuchen. Sie können die Strahlung, die von den Galaxien ausgeht, nicht direkt untersuchen, weil diese Strahlung von der Milliarden Lichtjahre schweren Materie zwischen uns und diesen Galaxien absorbiert wird. Stattdessen mussten sie nach anderen Hinweisen suchen. Mithilfe der Fähigkeit von James Webb, entfernte Galaxien zu untersuchen, konnten sie messen, wie kompakt die Galaxien waren und wie reich an Sternentstehung sie waren. Sie waren dann in der Lage, diese Galaxien mit ähnlichen Galaxien zu vergleichen, die im heutigen Universum gefunden wurden, um eine Schätzung der Menge an Strahlung zu erstellen, die von ihnen austritt.
Sie schätzen, dass die Galaxien im frühen Universum im Durchschnitt etwa 12 % ihrer verfügbaren hochenergetischen Photonen abgegeben haben. Dies reicht gerade aus, um möglicherweise den gesamten Kosmos in relativ kurzer Zeit zu reionisieren. Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Astronomie & Astrophysik.
Die Ergebnisse sind jedoch nicht schlüssig, da die Astronomen zahlreiche Annahmen treffen mussten. Aber es weist in eine faszinierende Richtung bei der Lösung dieses langjährigen kosmischen Rätsels.
Mehr Informationen:
S. Mascia et al, Den Quellen der kosmischen Reionisierung näher kommen: erste Ergebnisse des GLASS-JWST-Programms, Astronomie & Astrophysik (2023). DOI: 10.1051/0004-6361/202345866