Astronomen hoffen, die ersten Sterne und Galaxien im Universum zu sehen

Manchmal ist es einfach, Astronom zu sein. Wenn Ihr Himmelsziel etwas Einfaches und Helles ist, kann das Spiel ziemlich einfach sein: Richten Sie Ihr Teleskop auf das Ding und warten Sie, bis alle saftigen Photonen eingedrungen sind.

Aber manchmal ist es schwierig, Astronom zu sein, beispielsweise wenn Sie versuchen, die ersten Sterne zu untersuchen, die im Universum erscheinen. Sie sind viel zu weit weg und zu schwach, um direkt mit Teleskopen gesehen zu werden (selbst das vielbeschworene James Webb-Weltraumteleskop kann nur die ersten Galaxien sehen, eine Ansammlung von Licht von Hunderten von Milliarden Sternen). Bis heute haben wir keine Beobachtungen der ersten Sterne, was eine große Enttäuschung ist.

Also beschäftigen sich Astronomen mit einem kosmischen Peek-a-Boo.
Bevor sich die ersten Sterne bildeten (das genaue Datum ist ungewiss, da wir es noch nicht beobachtet haben, aber wir vermuten, dass es vor etwa dreizehn Milliarden Jahren passiert ist), bestand das Universum fast ausschließlich aus reinem, unverfälschtem neutralem Wasserstoff: an einzelne Elektronen gebunden einzelne Protonen in perfekter Harmonie.

Aber dann tauchten die ersten Sterne auf und strömten ihre energiereiche Strahlung durch den Kosmos, wodurch das Universum mit zahlreichen Röntgen- und Gammastrahlen überflutet wurde. Diese intensive Strahlung riss den neutralen Wasserstoff auseinander und wandelte ihn in das dünne, aber heiße Plasma um, das wir im heutigen Universum sehen. Dieser Prozess, der als Epoche der Reionisierung bekannt ist, begann in kleinen Flecken, die schließlich den Kosmos verschlungen haben, wie ein Haufen seltsamer Blasen.

Das alles ist faszinierend, aber wie können Astronomen diesen Prozess tatsächlich erkennen? Sie können dies mit einem kleinen Trick von neutralem Wasserstoff tun: Er emittiert Strahlung mit einer sehr spezifischen Häufigkeit von 1420 MHz, was einer Wellenlänge von 21 Zentimetern entspricht. Bevor die ersten Sterne online gingen, pumpte das neutrale Gas diese 21-cm-Strahlung durch die Eimerladung aus, wobei das Signal allmählich abnahm, als das Universum zu einem Plasma wurde.

Klingt nach einem Plan, außer dass a) dieses Signal unglaublich schwach ist und b) eine Bajillion anderer Dinge im Universum Strahlung mit ähnlichen Frequenzen aussenden, einschließlich unserer Radios auf der Erde.

Um das störende Rauschen vom saftigen kosmologischen Signal zu entwirren, müssen Berge von Daten benötigt und der astronomische Heuhaufen nach der 21-cm-Nadel durchsucht werden. Wir sind derzeit nicht in der Lage, die Erkennung durchzuführen – das muss auf Radioteleskope der nächsten Generation wie das Square Kilometer Array warten -, aber aktuelle Observatorien wie das Murchison Widefield Array in Westaustralien legen alle notwendigen Grundlagen.

Einschließlich der Bereitstellung von 200 TB Daten in seinem ersten Durchgang, der derzeit von einigen der leistungsstärksten Supercomputer der Welt analysiert wird.

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