Ein Ozean von Galaxien erwartet Sie: Neue COMAP-Radiodurchmusterung

Etwa 400 Millionen Jahre nach der Geburt unseres Universums begannen sich die ersten Sterne zu bilden. Das sogenannte dunkle Zeitalter des Universums ging zu Ende und eine neue lichterfüllte Ära begann. Immer mehr Galaxien nahmen Gestalt an und dienten als Fabriken für die Produktion neuer Sterne, ein Prozess, der etwa 4 Milliarden Jahre nach dem Urknall seinen Höhepunkt erreichte.

Zum Glück für Astronomen kann diese vergangene Ära beobachtet werden. Entferntes Licht braucht Zeit, um uns zu erreichen, und unsere Teleskope können Licht aufnehmen, das vor Milliarden von Jahren von Galaxien und Sternen ausgestrahlt wurde (unser Universum ist 13,8 Milliarden Jahre alt). Aber die Details dieses Kapitels in der Geschichte unseres Universums sind düster, da die meisten Sterne, die entstehen, schwach und von Staub verdeckt sind.

Ein neues Caltech-Projekt namens COMAP (CO Mapping Array Project) wird uns einen neuen Einblick in diese Epoche der Galaxienbildung bieten und dabei helfen, Fragen darüber zu beantworten, was wirklich den schnellen Anstieg der Sternenproduktion im Universum verursacht hat.

„Die meisten Instrumente könnten die Spitze eines Eisbergs sehen, wenn sie Galaxien aus dieser Zeit betrachten“, sagt Kieran Cleary, der Hauptforscher des Projekts und stellvertretender Direktor des Owens Valley Radio Observatory (OVRO) von Caltech. „Aber COMAP wird sehen, was darunter verborgen liegt.“

Die aktuelle Projektphase nutzt a 10,4-Meter-Funkschüssel „Leighton“. am OVRO, um die häufigsten Arten von sternbildenden Galaxien zu untersuchen, die über Raum und Zeit verteilt sind, einschließlich derjenigen, die auf andere Weise zu schwer zu sehen sind, weil sie zu schwach oder von Staub verdeckt sind. Die Radiobeobachtungen verfolgen den Rohstoff, aus dem Sterne gemacht werden: kaltes Wasserstoffgas. Dieses Gas ist nicht einfach direkt zu lokalisieren, daher misst COMAP stattdessen helle Funksignale von Kohlenmonoxid (CO)-Gas, das immer zusammen mit Wasserstoff vorhanden ist. Die Funkkamera von COMAP ist die leistungsfähigste, die je gebaut wurde, um diese Funksignale zu erkennen.

Die ersten wissenschaftlichen Ergebnisse des Projekts wurden gerade in sieben Artikeln veröffentlicht Das Astrophysikalische Journal. Basierend auf Beobachtungen, die ein Jahr nach einer geplanten fünfjährigen Durchmusterung gemacht wurden, legte COMAP Obergrenzen dafür fest, wie viel kaltes Gas in Galaxien in der untersuchten Epoche vorhanden sein muss, einschließlich derjenigen, die normalerweise zu schwach und staubig sind, um gesehen zu werden. Während das Projekt das CO-Signal noch nicht direkt nachgewiesen hat, zeigen diese frühen Ergebnisse, dass es auf dem richtigen Weg ist, dies bis zum Ende der ersten fünfjährigen Untersuchung zu tun, und letztendlich das bisher umfassendste Bild der Geschichte des Universums zeichnen wird der Sternentstehung.

„Mit Blick auf die Zukunft des Projekts wollen wir diese Technik nutzen, um sukzessive immer weiter in die Vergangenheit zu blicken“, sagt Cleary. „Beginnend 4 Milliarden Jahre nach dem Urknall werden wir die Zeit immer weiter zurückdrehen, bis wir die Epoche der ersten Sterne und Galaxien erreichen, ein paar Milliarden Jahre früher.“

Anthony Readhead, Co-Forschungsleiter und emeritierter Robinson-Professor für Astronomie, sagt, dass COMAP nicht nur die erste Epoche der Sterne und Galaxien erleben wird, sondern auch ihren epischen Niedergang. „Wir werden beobachten, wie die Sternentstehung wie eine Meeresflut steigt und fällt“, sagt er.

COMAP arbeitet, indem es verschwommene Radiobilder von Galaxienhaufen über kosmische Zeit erfasst, anstatt scharfe Bilder einzelner Galaxien. Diese Unschärfe ermöglicht es den Astronomen, das gesamte Radiolicht, das von einem größeren Pool von Galaxien kommt, effizient einzufangen, selbst die schwächsten und staubigsten, die noch nie gesehen wurden.

„Auf diese Weise können wir die durchschnittlichen Eigenschaften typischer, schwacher Galaxien finden, ohne sehr genau wissen zu müssen, wo sich eine einzelne Galaxie befindet“, erklärt Cleary. „Das ist so, als würde man die Temperatur einer großen Wassermenge mit einem Thermometer ermitteln, anstatt die Bewegungen der einzelnen Wassermoleküle zu analysieren.“

Eine Zusammenfassung der neuen Erkenntnisse erscheint in Das Astrophysikalische Journal.