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JUNGES UNIVSERSUM
Die Rolle der Grüne-Erbsen-Galaxien
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie
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18. Januar 2016

Winzige Galaxien, die bei Beobachtungen grünlich erscheinen, könnten für das Ende des dunklen Zeitalters des Universums verantwortlich gewesen sein. Mit ihrer intensiven Strahlung ionisierten sie den Wasserstoff und machten das All auf diese Weise durchsichtig. Aktuelle Beobachtungen solcher "Grüne-Erbsen-Galaxien" bestätigen jetzt diese Vermutung.

J0925+1403

Die "Grüne-Erbsen-Galaxie" J0925+1403, aufgenommen mit dem Weltraumteleskop Hubble. Bild: Ivana Orlitová, Astronomisches Institut der Tschechischen Akademie der Wissenschaften, Prag [Großansicht]

Wie ist das dunkle Zeitalter des Kosmos kurz nach dem Urknall zu Ende gegangen? Sogenannte "green pea"-Galaxien, die intensive UV-Strahlung produzieren, werden als mögliche Erklärung gehandelt. Jetzt haben Forscher eine dieser Galaxien eingehend untersucht und nachgewiesen, dass sie in der Tat genug UV-Strahlung in den umgebenden Raum abstrahlt, um die kosmische Reionisierung zu erklären: jene Übergangsphase ab rund 150 Millionen Jahren nach dem Urknall, bei dem der Großteil des intergalaktischen Wasserstoffs in Elektronen und Protonen zerlegt wurde.

Nach der Urknallphase vor rund 13,8 Milliarden Jahren kühlte sich das Universum rapide ab, und im Laufe von weniger als einer Million Jahren wurde der Kosmos komplett dunkel. Der Übergang von diesem "Dunklen Zeitalter" zur Entstehung der ersten Sterne und Galaxien ist eine der am wenigsten verstandenen Epochen kosmischer Geschichte. Jetzt hat eine Gruppe von Astronomen, zu der auch Gabor Worseck vom Max-Planck-Institut für Astronomie gehört, nachgewiesen, dass "Green Pea"-Galaxien (wörtlich "grüne Erbsen") die richtigen Eigenschaften besitzen, um bei diesem Übergang eine Schlüsselrolle gespielt zu haben.

Green Peas, so benannt nach ihrem typischen Erscheinungsbild in astronomischen Aufnahmen, sind hochkompakte Galaxien niedriger Masse, die große Mengen neuer Sterne bilden. Green Peas könnten wesentlich für die Reionisierung des Universums ab ca. 150 Millionen Jahren nach dem Urknall verantwortlich sein. Damals wurde der Großteil des Wasserstoffs im frühen Universum ionisiert, also in Protonen und Elektronen aufgespalten.

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Galaxien mit hoher Sternentstehungsrate wie die Green Peas bilden beträchtliche Mengen an massereichen Sternen, und diese wiederum leuchten im UV-Bereich so hell, dass sie Wasserstoff ionisieren können. Bislang war dies jedoch bloße Theorie: Bislang war es nicht gelungen nachzuweisen, dass von Galaxien dieses Typs eine ausreichende Menge an hochenergetischer Strahlung ausgeht. Im Gegenteil hatten alle bisherigen Beobachtungen Galaxien erfasst, bei denen der Großteil der UV-Strahlung innerhalb der Galaxie absorbiert wird. Bei diesen bliebe also nicht genügend Strahlung übrig, um nennenswerte Mengen intergalaktischen Wasserstoffs zu ionisieren.

Zudem war klar: Wenn es doch Exemplare der Green Peas gab, aus denen größere Strahlungsmengen nach außen drangen, würden sie nur in unserer kosmischen Nachbarschaft nachweisbar sein. Für deutlich weiter entfernte Galaxien würde die UV-Strahlung vom intergalaktischen Wasserstoff absorbiert, bevor sie die Erde erreicht.

Daher setzten sich die Forscher unter der Leitung von Juri Izotov von der Akademie der Wissenschaften der Ukraine daran, in unserer kosmischen Umgebung stark strahlende Green Peas zu finden. Um vielversprechende Kandidaten auszuwählen bedienten sie sich des Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Die fünf besten Kandidaten wurden dann mit dem Hubble-Weltraumteleskop genauer untersucht.

Hier kam Gabor Worseck ins Spiel, ein Postdoktorand am Max-Planck-Institut für Astronomie. "Ich habe über die letzten Jahre hinweg eine besondere Methode entwickelt, um Spektraldaten des Hubble-Teleskops zu analysieren, die für diese Messungen wie maßgeschneidert ist", so Worseck. "So konnten wir dann ganz genau bestimmen, wie viel UV-Strahlung die fünf Green Pea-Galaxien aussenden."

Eine der Kandidatengalaxien, mit der Bezeichnung J0925+1403, erwies sich als besonders strahlungsintensiv: ganze acht Prozent ihrer UV-Strahlung entkommt aus der Galaxie in den intergalaktischen Raum und würde ausreichen, dort Wasserstoffgas mit dem mehr als 40-Fachen der Gesamtmasse der Galaxie zu ionisieren.

Damit dürften Green Peas in der Tat in der Lage gewesen sein, die kosmische Reionisierung zu bewerkstelligen. Die damaligen Green Peas könnten also tatsächlich dafür verantwortlich gewesen sein, dass das Dunkle Zeitalter kurz nach dem Big Bang ein Ende fand.

Über ihre Resultate berichten die Astronomen in einem Fachartikel, der in der Zeitschrfift Nature erschienen ist.

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siehe auch
Galaxy Zoo: Grüne Erbsen-Galaxien entdeckt - 28. Juli 2009
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Max-Planck-Institut für Astronomie
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