Wissenschaftler werden immer besser im Erkennen von Signalen aus dem sehr frühen Universum

Der Nachweis eines Signals aus dem frühen Universum ist der Schlüssel zum Verständnis der ursprünglichen Sternentstehung.

Signale aus dem Weltall
Wissenschaftler werden besser Signale aus dem Weltall zu empfangen

Wissenschaftler werden immer besser darin, ein Signal aufzuspüren, das sich seit 12 Milliarden Jahren durch das Universum bewegt. Dies könnte große Erkenntnisse über die Entstehung der frühesten Sterne liefern, die es je gegeben hat.

Die Daten werden vom Murchison Widefield Array (MWA) gesammelt, einer Sammlung von über viertausend Antennen, die im abgelegenen Westaustralien aufgestellt sind.

Die Epoche der Reionisierung verstehen

Signale aus dem Weltall
In diesem Bild der Epoche der Reionisation wird der neutrale Wasserstoff, rot dargestellt, von den ersten Sternen, weiß dargestellt, allmählich ionisiert. Das Bild wurde vom Programm „Dark-ages Reionisation And Galaxy Observables from Numerical Simulations“ (DRAGONS) der Universität von Melbourne erstellt. Quellenangabe: Paul Geil und Simon Mutch

In einem Beitrag, der demnächst im The Astrophysical Journal veröffentlicht wird, berichtet ein Team unter der Leitung von Dr. Nichole Barry von der australischen Universität Melbourne und dem ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3-D) über eine große Verbesserung der mit dem Murchison Widefield Array (MWA) gesammelten Daten.

Das Team gibt an, dass das MWA seine Datenausgabe um das Zehnfache seiner früheren Ausgabe verbessert hat.

Die Antennensammlung wurde 2013 in Betrieb genommen und wurde gebaut, um elektromagnetische Strahlung zu erkennen, die von neutralem Wasserstoff emittiert wird. Neutraler Wasserstoff bildete einen großen Teil des frühen Universums zu der Zeit, als die vom Urknall abgetrennten Protonen und Neutronen, die durch den Urknall erzeugt wurden, sich abzukühlen begannen.

Die allerersten Sterne im Universum entstanden, als diese Wasserstoffatome begannen, sich zu vereinigen. Diese Phase der frühen Entwicklung des Universums wird als Epoche der Reionisation (EoR) bezeichnet.

„Die Definition der Entwicklung der EoR ist für unser Verständnis von Astrophysik und Kosmologie extrem wichtig“, so Dr. Barry in einer Pressemitteilung. „Bislang konnte sie jedoch noch niemand beobachten. Diese Ergebnisse bringen uns diesem Ziel sehr viel näher.“

Nachweis von neutralem Wasserstoff

Der im frühen Universum während der EoR-Periode im Vordergrund stehende neutrale Wasserstoff ist heute noch nachweisbar. Ursprünglich strahlte er bei einer Wellenlänge von etwa 21 Zentimetern. Jetzt hat sich die Wellenlänge aufgrund der Expansion des Universums auf etwas über zwei Meter ausgedehnt.

Obwohl die Erfassung dieses Signals uns viel über die Frühzeit des Kosmos sagen kann, ist es äußerst schwierig, dies zu tun.

„Das Signal, nach dem wir suchen, ist mehr als 12 Milliarden Jahre alt“, erklärt die Mitautorin, Associate Professor Cathryn Trott vom Internationalen Zentrum für Radioastronomieforschung an der Curtin-Universität.

„Es ist außergewöhnlich schwach, und es befinden sich viele andere Galaxien zwischen ihm und uns. Sie stehen im Weg und machen es sehr schwierig, die Informationen zu extrahieren, hinter denen wir her sind“.

Das Forscherteam hat daran gearbeitet, das ursprüngliche Signal von der Kontamination zu trennen. Durch die Untersuchung von 21 Stunden Rohdaten aus dem MWA erforschte das Team neue Wege, um die Analyse zu verfeinern und Quellen von Signalverunreinigungen zu entfernen, einschließlich ultrafeiner Interferenzen, die durch Radiowellen auf der Erde erzeugt werden.

„Wir können nicht wirklich sagen, dass dieses Papier uns näher an eine genaue Datierung des Beginns oder Endes der EoR bringt, aber es schließt einige der extremeren Modelle aus“, erklärte Professor Trott. „Dass es sehr schnell geschah, ist jetzt ausgeschlossen. Dass die Bedingungen sehr kalt waren, ist jetzt ebenfalls ausgeschlossen“.

Dr. Barry sagt, dass die Ergebnisse einen Rahmen geschaffen haben, von dem aus die weitere Forschung über die EoR-Periode und die frühe Sternentstehung fortgesetzt werden kann.

„Wir haben etwa 3000 Stunden an Daten von MWA“, erklärt sie. „Mit diesem Ansatz können wir feststellen, welche Bits am vielversprechendsten sind, und sie besser analysieren, als wir es je zuvor tun konnten.