Journal Club: Dunkle Materie – Die frühen Jahre

Laut Wikipedia ist ein Journal Club eine Gruppe von Personen, die sich regelmäßig treffen, um aktuelle Artikel in der wissenschaftlichen Literatur kritisch zu bewerten. Und natürlich lautet die erste Regel des Journal Clubs… sprechen Sie nicht über den Journal Club.

Ohne weiteres geht es in dem heutigen Zeitschriftenartikel auf dem Seziertisch darum, unser begrenztes Verständnis der Dunklen Materie zu nutzen, um zu versuchen, das kosmische Netz des sehr frühen Universums zu visualisieren.

Der heutige Artikel:
Visbal et al. Das große kosmische Netz der ersten Sterne.

Also … dunkle Materie, ziemlich seltsames Zeug, oder? Sie können es nicht sehen – was vermutlich bedeutet, dass es transparent ist. In der Tat scheint es nicht in der Lage zu sein, Licht jeglicher Wellenlänge zu absorbieren oder auf andere Weise mit ihm zu interagieren. Die Anwesenheit der Dunklen Materie im frühen Universum sollte sie daher leicht von konventioneller Materie unterscheiden können – die mit Licht interagiert und daher durch den Strahlungsdruck der ersten Sterne erwärmt, ionisiert und herumgeschoben worden wäre.

Dieser grundlegende Unterschied kann zu einer Möglichkeit führen, das frühe Universum zu visualisieren. Um diese frühen Jahre zusammenzufassen: Zuerst gab es den Urknall, dann drei Minuten später die ersten Wasserstoffkerne, dann 380.000 Jahre später die ersten stabilen Atome. Daraus folgt das sogenannte dunkle Zeitalter – bis sich aus der Verklumpung von gekühltem Wasserstoff die ersten Sterne zu bilden begannen. Und gemäß dem aktuellen Standardmodell von Lambda Cold Dark Matter fand diese Verklumpung hauptsächlich in Schwerkraftbohrungen statt, die durch kalte (d. H. Statische) dunkle Materie erzeugt wurden.

Diese Periode ist als Reionisierungsära bekannt, da die Strahlung dieser ersten Sterne das interstellare Wasserstoffmedium wieder erwärmte und es somit erneut ionisierte (zurück in eine Sammlung von H + -Ionen und ungebundenen Elektronen).

Während dies alles gut etablierte kosmologische Überlieferungen sind, ist es auch so, dass die Strahlung der ersten Sterne einen erheblichen Strahlungsdruck auf dieses frühe dichte interstellare Medium ausgeübt hätte.

Das frühe interstellare Medium würde sich also nicht nur aufgrund der Expansion des Universums ausdehnen, sondern auch durch die Strahlung der ersten Sterne nach außen gedrückt werden – was bedeutet, dass zwischen dem interstellaren Medium und dem ein relativer Geschwindigkeitsunterschied bestehen sollte Dunkle Materie des frühen Universums – da die Dunkle Materie gegen Strahlungsdruckeffekte immun wäre.

Um diesen relativen Geschwindigkeitsunterschied zu visualisieren, können wir nach Wasserstoffemissionen suchen, die Licht mit einer Wellenlänge von 21 cm sind – sofern nicht weiter rot verschoben, aber auf jeden Fall liegen diese Signale weit im Funkspektrum. Radioastronomische Beobachtungen bei diesen Wellenlängen bieten ein Fenster zur Beobachtung der Verteilung der allerersten Sterne und Galaxien – da diese die Quelle der ersten ionisierenden Strahlung sind, die das Gerüst der dunklen Materie unterscheidet (dh die Schwerkraftquellen, die die Stern- und Galaxienbildung unterstützen ) aus dem verbleibenden reionisierten interstellaren Medium. Und so bekommt man die ersten Anzeichen des kosmischen Netzes, als das Universum erst 200 Millionen Jahre alt war.

Höher aufgelöste Ansichten dieses frühen kosmischen Netzes von Ursternen, Galaxien und galaktischen Clustern werden durch hochauflösende radioastronomische Instrumente wie LOFAR sichtbar – und hoffentlich eines Tages in nicht allzu ferner Zukunft das Square Kilometer Array – das dies ermöglichen wird Visualisierung des frühen Universums in beispiellosen Details.

Also – Kommentare? Fehlt dieser faszinierenden Beobachtung von 21-cm-Linienabsorptionslinien irgendwie der Durchschlag eines hübschen Hubble-Weltraumteleskopbildes? Ist Radioastronomie einfach nicht sexy? Möchten Sie einen Artikel für die nächste Ausgabe des Journal Club vorschlagen?

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