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Verborgene Strukturen im jungen Universum
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astrophysik
astronews.com
5. März 2026
Mithilfe von Daten des Hobby-Eberly-Teleskops wurde nun die
bislang detaillierteste 3D-Karte der Lyman-Alpha-Emission erstellt, die von
Wasserstoff im frühen Universum ausgestrahlt wird. Auf diese Weise können
lichtschwache Galaxien und Gas identifiziert werden, die zuvor schwer zu
beobachten waren. Insgesamt wertete das Team ein halbes Petabyte an Daten aus.
Ausschnitt aus der Linienintensitätskarte,
die die Verteilung und Konzentration von
angeregtem Wasserstoff (über die
Lyman-Alpha-Wellenlänge) im Universum vor zehn
Milliarden Jahren kartiert. Die Sternsymbole
markieren die Stellen, an denen HETDEX Galaxien
identifiziert hat. Die kleine Abbildung simuliert
die Struktur dieser Karte, nachdem sie vergrößert
und das Hintergrundrauschen entfernt wurde.
Bild: Maja
Lujan Niemeyer / Max Planck Institute for
Astrophysics / HETDEX, Chris Byrohl / Stanford
University / HETDEX [Großansicht] |
Astronomen des HETDEX-Projekts haben die bislang größte und genaueste
3D-Karte des Lichts erstellt, das von angeregtem Wasserstoff im frühen Universum
vor neun bis elf Milliarden Jahren ausgestrahlt wurde. Diese spezielle Form des
Lichts, Lyman-Alpha genannt, wird in großen Mengen emittiert, wenn
Wasserstoffatome der Energie eines Sterns ausgesetzt werden. Das macht es zu
einem hervorragenden Werkzeug, um helle Galaxien in dieser fernen Zeit zu
finden, in der es zu einer rasanten Sternentstehung kam. Die Positionen
lichtschwächerer Galaxien und Gase, die ebenfalls Lyman-Alpha emittieren,
blieben jedoch weitgehend unentdeckt.
"Die Beobachtung des frühen Universums gibt uns eine Vorstellung davon, wie
sich Galaxien zu ihrer heutigen Form entwickelt haben und welche Rolle
intergalaktisches Gas in diesem Prozess gespielt hat", sagt Maja Lujan Niemeyer.
Die HETDEX-Wissenschaftlerin leitete die Entwicklung der Karte und schloss
kürzlich ihre Doktorarbeit am Max-Planck-Institut für Astrophysik ab. "Da sie
jedoch weit entfernt sind, leuchten viele Objekte aus dieser Zeit schwach und
sind schwer zu beobachten." Mithilfe einer Technik namens "Line Intensity
Mapping" (Linienintensitätskartierung) macht die neue Karte diese Objekte
sichtbar und ergänzt so das Bild dieser prägenden Ära unseres Universums.
Jedes Licht kann in seine verschiedenen Wellenlängen zerlegt werden. Das
Ergebnis wird als Spektrum bezeichnet. Astronomen untersuchen Spektren auf
Spitzen und Täler, die dem Vorhandensein verschiedener Elemente entsprechen.
"Line Intensity Mapping" kartiert hingegen die Verteilung und Konzentration
bestimmter Elemente in einer gesamten Region, anstatt Objekte einzeln zu
beobachten. "Stellen Sie sich vor, Sie sitzen in einem Flugzeug und schauen nach
unten. Die 'traditionelle' Methode zur Erforschung von Galaxien ist wie die
Kartierung lediglich der hellsten Städte: Man erfährt, wo sich die großen
Ballungszentren befinden, übersieht aber alle, die in den Vororten und
Kleinstädten leben", erklärt Julian Muñoz, HETDEX-Wissenschaftler, und
Assistenzprofessor an der University of Texas at Austin.
"Intensitätskartierung ist wie das Betrachten derselben Szene durch ein
verschmutztes Flugzeugfenster: Man erhält ein unschärferes Bild, erfasst aber
das gesamte Licht und nicht nur die hellsten Stellen."
Obwohl die Linienintensitätskartierung an sich keine neue Technik ist,
wurde sie hier zum ersten Mal verwendet, um Lyman-Alpha-Emissionen in einem so
großen Datensatz und mit so hoher Präzision zu kartieren. Mithilfe des Hobby-Eberly-Teleskops
am McDonald-Observatorium kartiert HETDEX die Position von über einer Million
heller Galaxien, um mehr über die Dunkle Energie zu erfahren. Das Projekt ist
einzigartig, da es so viele Daten – über 600 Millionen Spektren – für einen so
großen Bereich des Himmels sammelt, der über 2000 Vollmonde umfasst.
"Wir verwenden jedoch nur einen kleinen Teil aller gesammelten Daten, etwa
fünf Prozent", erklärt Karl Gebhardt, HETDEX-Projektleiter und Vorsitzender der
Astronomie-Abteilung der University of Texas at Austin. "Die Verwendung
der restlichen Daten für zusätzliche Forschungszwecke birgt ein enormes
Potenzial." Niemeyer fügt hinzu: "HETDEX beobachtet alles in einem Ausschnitt
des Himmels, aber nur ein winziger Teil dieser Daten bezieht sich auf Galaxien,
die hell genug sind, um für das traditionelle Projekt verwendet zu werden. Aber
diese Galaxien sind nur die Spitze des Eisbergs. In den scheinbar leeren
Bereichen dazwischen befindet sich ein ganzes Lichtermeer."
Um seine Karte zu erstellen, schrieb das Team eine spezielle Software und
nutzte Supercomputer des Texas Advanced Computing Center, um rund ein
halbes Petabyte an HETDEX-Daten zu durchforsten. Anschließend berechnete es
anhand der bereits von HETDEX identifizierten Positionen heller Galaxien die
Positionen lichtschwächerer Galaxien und von Gas, das in deren Nähe leuchtet.
Dank der Schwerkraft, die Materie zusammenklumpen lässt, befinden sich in der
Nähe einer hellen Galaxie mit Sicherheit auch andere Objekte.
"Wir können also die Position bekannter Galaxien als Wegweiser nutzen, um die
Entfernung der schwächeren Objekte zu bestimmen", sagt Eiichiro Komatsu,
HETDEX-Wissenschaftler und wissenschaftlicher Direktor am Max-Planck-Institut
für Astrophysik. Die daraus resultierende Karte rückt die Regionen um helle
Galaxien stärker in den Fokus und fügt Details zu den dazwischenliegenden
Bereichen hinzu. "Wir haben Computersimulationen dieser Zeit", so Komatsu
weiter. "Aber das sind nur Simulationen, nicht das reale Universum. Jetzt haben
wir eine Grundlage, die uns Aufschluss darüber geben kann, ob einige der diesen
Simulationen zugrunde liegenden astrophysikalischen Erkenntnisse korrekt sind."
Für die Zukunft hofft das Team, seine Karte mit anderen Karten zu
vergleichen, die sich mit derselben Region des Universums überschneiden und sich
auf andere Elemente konzentrieren. So könnte beispielsweise eine
Linienintensitätskarte von Kohlenmonoxid, das mit dichten, kalten Wolken in
Verbindung gebracht wird, in denen Sterne entstehen, neue Erkenntnisse über die
Umgebungen rund um die jungen Sterne liefern, die Lyman-Alpha-Wellenlängen
emittieren. "Diese Studie ist eine erste Entdeckung, die an sich schon spannend
ist und die Tür zu einer neuen Ära der Intensitätskartierung des Universums
öffnet", so Muñoz. "Das Hobby-Eberly-Teleskop ist ein Pionierteleskop. Und mit
neuen, ergänzenden Instrumenten, die nun zum Einsatz kommen, treten wir in ein
goldenes Zeitalter der Kartierung des Kosmos ein."
Über ihre Ergebnisse berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der
Zeitschrift The Astrophysical Journal erschienen ist.
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