Das Geheimnis unseres transparenten Universums ist gelöst!

 *Dieses Bild vom James Webley Space Telescope enthält ca. In der Mitte dieses Bildes – dem rosafarbenen, sechszackigen Lichtfleck – befindet sich der Quasar J0100+2802, wie er gesehen wurde, als das Universum erst 900 Millionen Jahre alt war. Bildnachweis: NASA, Europäische Weltraumorganisation, Kanadische Weltraumorganisation, Simon Lilly (ETH Zürich), Daiichi Kashino (Universität Nagoya), Jorit Matei (ETH Zürich), Christina Eilers (MIT), Rob Simko (MIT), Rungmon Bordoloi (NCSU) , Roy Mackenzie (ETH Zürich), Alyssa Pagan (STScI), Ruari Mackenzie (ETH Zürich)*

Vor langer Zeit, als das Universum noch jung war, war es schwer zu sehen. Während der ersten Milliarde Jahre nach dem Urknall war der Raum zwischen Sternen und Galaxien mit Wolken aus gekühltem Wasserstoffgas gefüllt, das alles Licht absorbierte. Wenn es zu dieser Zeit intelligentes Leben gäbe, würden sie daher nichts als Dunkelheit im Weltraum sehen – keine anderen Sterne oder Galaxien wären für sie sichtbar.

Dann kam eine Zeit, die Astronomen das Zeitalter der Reionisierung nennen, als sich das gesamte Wasserstoffgas durch Erhitzen und Ionisieren von undurchsichtig in transparent verwandelte. Die Astronomen wussten, dass dieser Prozess stattfand (selbst wenn das nicht der Fall wäre, würden wir das Universum nicht sehen). Bisher hatten sie jedoch keine eindeutigen Beweise dafür, wie dies geschehen konnte.

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Nun hat ein Forscherteam – Emission Line Galaxies and Intergalactic Gas in the Age of Reionization, oder EIGER – unter der Leitung von Simon Lilly von der ETH Zürich in der Schweiz das James Webb-Weltraumteleskop genutzt, um dieses Rätsel zu lösen.

Das Team richtete Webb auf einen kleinen Raumbereich zwischen den Sternbildern Fische und Andromeda und richtete das Teleskop direkt auf ein uraltes helles Objekt namens Quasar J0100+2802. Ein Quasar ist ein supermassereiches Schwarzes Loch im Herzen einer Galaxie, das große Mengen emittiert Energie, da sie Materie verbraucht. Quasare gehören zu den hellsten Objekten im Universum.

Die Geschichte geht weiter

Diese künstlerische Darstellung zeigt, wie ein entfernter Quasar aus der Nähe aussehen könnte. Bildnachweis: ESO/M. Kornmisser

Das EIGER-Team interessierte sich jedoch nicht nur für den Quasar selbst. Sie verwendeten Webb auch, um zu beobachten, wie sich das Licht des Quasars verhält, wenn es auf dem Weg von J0100+2802 zu den Instrumenten des Teleskops durch die Gase wandert.

„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.“ Sagte die NASA.

Durch die Hinzufügung von Daten von Webb zu ähnlichen Beobachtungen, die vom W.M. Keck-Observatorium auf Hawaii sowie vom Very Large Telescope der ESO und dem Magellan-Teleskop am Las Campanas-Observatorium gesammelt wurden, hat das EIGER-Team das Verhalten des Lichts an die Positionen früher Galaxien angepasst, die entlang der Linie sichtbar sind -Sichtweite zu J0100+2802.

Diese sechs Galaxien wurden vom James Webb-Weltraumteleskop der NASA fotografiert und erschienen so, wie sie erschienen, als das Universum erst 900 Millionen Jahre alt war. Bildnachweis: NASA, Europäische Weltraumorganisation, Kanadische Weltraumorganisation, Simon Lilly (ETH Zürich), Daiichi Kashino (Universität Nagoya), Jorit Matei (ETH Zürich), Christina Eilers (MIT), Rob Simko (MIT), Rungmon Bordoloi (NCSU) , Roary Mackenzie (ETH Zürich); Bildverarbeitung: Alyssa Pagan (STScI) und Rawari Mackie

„[These early galaxies] chaotischer als das des nahen Universums“, Jorit Mate von der ETH Zürich, Hauptautor des Buches Eins Von den drei auf diesen Beobachtungen basierenden Arbeiten des Teams hat V Pressemitteilung. „Webb zeigt, dass sie aktiv Sterne bildeten und viele Supernovae auslösten. Sie hatten einen ziemlich abenteuerlustigen jungen Mann!“

Die Ergebnisse zeigten, dass jede Galaxie von einer Hülle aus heißem, ionisiertem, transparentem Gas mit einem Radius von zwei Millionen Lichtjahren umgeben war. Zur Veranschaulichung: Der nächste große Nachbar unserer Galaxie, die Andromedagalaxie, ist etwa 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt.

„Webb zeigt nicht nur deutlich, dass diese transparenten Regionen um Galaxien herum existieren, sondern wir haben auch ihre Größe gemessen“, sagte Daichi Kashino von der Universität Nagoya, Hauptautor des Buches. zuletzt Von den vom Team verfassten Arbeiten, illustriert in Pressemitteilung. „Anhand der Daten von Webb sehen wir, wie Galaxien das Gas um sie herum reionisieren.“

Wie in der folgenden Tabelle zusammengefasst, waren die allerersten Galaxien im Universum selbst für die Entstehung des Zeitalters der Reionisierung verantwortlich.

Die vier Phasen der Reionisierungszeit. Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, Joyce Kang (STScI)

Während sie Phasen der Sternentstehung und des Sternentodes durch Supernovae durchlaufen, ist es die Strahlung dieser Galaxien, die Wasserstoffgas erhitzt und ionisiert und es von undurchsichtig in transparent verwandelt. Diese Blasen aus transparentem ionisiertem Gas dehnten sich dann aus und verschmolzen miteinander, wodurch das Licht weite Strecken durch das Universum wandern konnte.

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Weitere Rätsel zum Lösen

Während sie die Frage beantworteten, was letztendlich für das transparente Universum, das wir heute sehen, verantwortlich war, fügte dieses Forscherteam auch ein weiteres wachsendes Rätsel über das frühe Universum hinzu.

Angesichts unseres Wissens über die Sternentstehung und darüber, wie sich Sterne zu Galaxien zusammenballen, glaubten Astronomen, sie hätten eine gute Vorstellung davon, wie viele Galaxien sie im frühen Universum gefunden hatten. Aber, Die von Webb veröffentlichten Zahlen Übertrifft diese Erwartungen bei weitem.

„Wir erwarteten, ein paar Dutzend Galaxien zu identifizieren, die während der Ära der Reionisierung vorhanden waren – aber es gelang uns problemlos, 117 zu identifizieren“, erklärte Kashino.

Die von Webb gesammelten Daten ermöglichten es dem Team außerdem, die Masse des supermassiven Schwarzen Lochs zu messen, das den Quasar J0100+2802 antreibt. Sie fanden heraus, dass es etwa das Zehnmilliardenfache der Masse unserer Sonne im kosmischen Maßstab ausmacht. Damit ist es das größte bekannte supermassereiche Schwarze Loch im frühen Universum.

Anna Christina Ehlers vom MIT, Hauptautorin des Teambuchs Drittes Papieran die NASA.

„Dies ist ein weiteres Rätsel, das gelöst werden muss!“

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