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ALMA
Neues Fenster ins junge Universum?
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Bonn
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27. Oktober 2014

Der Radioteleskopverbund ALMA in der chilenischen Atacamawüste könnte Astronomen ein ganz neues Fenster ins junge Universum öffnen. Ein Studie ergab nämlich jetzt, dass es mithilfe von ALMA und einer neuen Methode möglich sein sollte, den Wasserstoffanteil von Galaxien abzuschätzen, deren Licht über zwölf Milliarden Jahre zu uns unterwegs war.

ALMA

Die Milchstraße über dem ALMA-Teleskopverbund. Foto: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), C. Padilla  [Gesamtansicht]

Wissenschaftler der Universitäten Bonn und Cardiff sehen für Astrophysiker gute Zeiten heraufziehen: Mit einer neuartigen Methode lassen sich detaillierte Informationen über die Galaxien am Rande des Universums gewinnen. Das konnten die Forscher in einer Simulation mit zwei der weltweit schnellsten Supercomputer zeigen. Im Zentrum der neuen Beobachtungsstrategie steht das Radioteleskop ALMA. Es steht in 5.000 Metern Höhe in der chilenischen Atacamawüste – an einem der trockensten Orte der Erde.

Informationen über die Galaxien am Rande des Universums zu erhalten, ist äußerst schwierig. Zu sehr "verdünnen" sich die Signale dieser Himmelsobjekte bei ihrer viele Milliarden Jahre dauernden Reise durch das All. Besonders kompliziert ist die Abschätzung, wie viel molekularer Wasserstoff in den Galaxien vorhanden ist.

Molekularer Wasserstoff sendet so gut wie keine Strahlung aus. Doch Astrophysiker interessieren sich gerade für die Menge dieses Elements: Molekularer Wasserstoff ist der Grundbaustein für neue Sterne. Je mehr davon in den Gaswolken einer Galaxie enthalten ist, desto mehr Sterne entstehen dort also.

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Astrophysiker bedienen sich daher momentan eines Tricks, um die Menge molekularen Wasserstoffs zu bestimmen: Sie messen stattdessen die Kohlenmonoxid-Menge in den Wolken - Kohlenmonoxid leuchtet weitaus stärker als molekularer Wasserstoff. Mit einem komplexen Verfahren lässt sich aus dem Kohlenmonoxid-Signal die Wasserstoff-Menge abschätzen. Diese Methode ist allerdings ungenau und fehleranfällig.

"Wir konnten zeigen, dass sich die Strahlung neutralen Kohlenstoffs viel besser dazu eignet, weit entfernte Galaxien zu beobachten", beschreibt Dr. Padelis Papadopoulos von der Universität Cardiff die Resultate der jetzt vorgestellten Untersuchung. "Die Messwerte erlauben eine sehr genaue Abschätzung, wie viel molekularer Wasserstoff vorhanden ist."

Leider wird die Strahlung neutralen Kohlenstoffs nahezu komplett von der Erdatmosphäre absorbiert. Schuld ist der Wasserdampf in der Luft - er wirkt gegenüber dem Kohlenstoff-Signal wie eine starke Sonnenbrille. Seit einiger Zeit gibt es jedoch in der chilenischen Atacamawüste ein neues Radioteleskop, das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Dort in 5.000 Metern Höhe ist es so extrem trocken, dass das Teleskop die Kohlenstoff-Strahlung ohne Probleme auffangen kann.

"Nach unseren Berechnungen kann ALMA Galaxien detektieren, deren Signal mehr als zwölf Milliarden Jahre zu uns unterwegs war", erläutert Matteo Tomassetti, der als Doktorand an der Universität Bonn an der Untersuchung beteiligt war. "Was noch wichtiger ist: Wir können erstmals genau bestimmen, wie viel molekularer Wasserstoff in diesen Galaxien vorhanden ist."

Der Bonner Astrophysiker Professor Dr. Cristiano Porciani spricht von einem neuen Fenster zum jungen Universum. "Unsere theoretische Arbeit wird bedeutende Auswirkungen auf die beobachtende Astronomie haben", betont er. "Sie wird uns helfen, den mysteriösen Ursprung der Galaxien besser zu verstehen."

Der Erfolg ist auch ein Resultat europäischer Zusammenarbeit: Für die Simulation nutzten die Wissenschaftler zwei extrem schnelle Supercomputer der Universitäten in Edinburgh und Oslo. Dass sie auf diese Rechnerkapazitäten zurückgreifen konnten, verdanken sie einer europaweiten Initiative zur Bündelung von Rechenleistung (Partnership for Advanced Computing in Europe, PRACE).

Über ihre Untersuchung berichten die Astronomen jetzt in einem Fachartikel in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters.

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Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
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