Nahaufnahmefragment des CMB. (NASA/WMAP-Wissenschaftsteam) Manchmal arbeiten Astronomen und Astrophysiker in so gigantischen, überwältigenden Maßstäben – sowohl in Bezug auf die Entfernung als auch auf die Zeit –, dass man angesichts der neuen Entdeckungen, die sie immer wieder machen, staunen muss.
Ein typisches Beispiel: eine Temperaturprüfung des Universums in seiner jüngsten Phase, nur 880 Millionen Jahre nach dem Urknall , ermöglicht durch die Beobachtung des Schattens, der von einer Wolke aus kaltem Wassergas geworfen wird, die etwa 13,8 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt ist.
Dies ist unser bisher erster Blick auf die Temperatur des Universums, von der Wissenschaftler glauben, dass sie mit der Zeit abkühlt, wenn sie sich ausdehnt und ausbreitet, und es ist ein weiterer wirklich nützlicher Datenpunkt bei der Suche nach der geheimnisvollsten aller Kräfte, die hinter der Expansion stehen: dunkle Energie .
„Dieser wichtige Meilenstein bestätigt nicht nur den erwarteten Abkühlungstrend für eine viel frühere Epoche, als bisher messbar war, sondern könnte auch direkte Auswirkungen auf die Natur des schwer fassbaren Phänomens haben.“ dunkle Energie ,' sagt der Astronom Axel Weiss , vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Deutschland.
Der Schlüssel dazu liegt im Temperaturkontrast. Verwendung der NOVEMBER (Northern Extended Millimeter Array)-Teleskop in Frankreich konzentrierten sich Astronomen auf das HFLS3 Galaxie – bekannt als Starburst-Galaxie, weil sie ungewöhnlich viele neue Sterne hervorbringt.
Es dauert so lange, bis das Licht von HFLS3 zu uns gelangt, dass wir es so sehen, als wäre es weniger als eine Milliarde Jahre nach der Entstehung des Universums gewesen. Was wir auch sehen, ist eine große Wasserdampfwolke zwischen uns und der Galaxie, eine Wolke, die kühler ist als die kosmischer Mikrowellenhintergrund Strahlung (CMB), die die Temperatur des Universums anzeigt.
Der Temperaturunterschied zwischen dem kühleren Gas und dem CMB erzeugt sogenannte Absorptionslinien, und durch Untersuchung dieser Linien ist es möglich, die Temperatur des CMB zu bestimmen. Es ist ein ziemlich kompliziertes Stück Astrophysik, das durch das Infrarotlicht ermöglicht wird, das von den neugeborenen Sternen in HFLS3 ausgestrahlt wird.
Die Forscher errechnen für den durch HFLS3 repräsentierten Zeitraum eine CMB zwischen 16,4 und 30,2 Kelvin (-256,8 bis -243 °C), was zu passt frühere kosmologische Modellvorhersagen von 20 Kelvin. Das ist eine wichtige Bestätigung unserer Modellierung.
„Neben dem Beweis der Abkühlung zeigt uns diese Entdeckung auch, dass das Universum in seinen Anfängen einige ganz spezifische physikalische Eigenschaften hatte, die heute nicht mehr existieren.“ says astrophysicist Dominik Riechers , von der Universität zu Köln in Deutschland.
„Schon recht früh, etwa 1,5 Milliarden Jahre nach dem Urknall, war der kosmische Mikrowellenhintergrund bereits zu kalt, als dass dieser Effekt beobachtet werden konnte. „Wir haben daher ein einzigartiges Beobachtungsfenster, das sich nur für ein sehr junges Universum öffnet.“
Die Ergebnisse zeigen, dass frühere Schätzungen der Temperaturabnahme, die mit der Expansion einhergeht, im richtigen Bereich liegen. Der Versuch, diese Art von Messung jetzt vorzunehmen, würde nicht funktionieren – der CMB ist zu kühl, um den gleichen Temperaturkontrast zu erzeugen.
Man geht davon aus, dass die dunkle Energie die Expansion des Universums vorantreibt, doch ihre direkte Beobachtung liegt außerhalb der Reichweite unserer derzeitigen Instrumente. Wir können jedoch mehr darüber erfahren, indem wir seine Auswirkungen beobachten – einschließlich der Geschwindigkeit der Expansion des Universums und des Abfalls der CMB-Temperatur.
Wie immer bringt eine Forschungsarbeit viele andere hervor. Das Forschungsteam sucht nun nach anderen Kaltwasserwolken, auf die die gleiche Technik angewendet werden kann, mit dem Ziel, innerhalb der ersten 1,5 Milliarden Jahre nach dem Urknall eine weitere Messung zu erhalten.
„Unser Team verfolgt dies bereits mit NOEMA, indem es die Umgebung anderer Galaxien untersucht“, sagt der Astronom Roberto Neri , vom Institut Radio Astronomie Millimètre (IRAM) in Frankreich.
„Angesichts der erwarteten Präzisionsverbesserungen durch Untersuchungen größerer Proben von Wasserwolken bleibt abzuwarten, ob unser aktuelles, grundlegendes Verständnis der Expansion des Universums Bestand hat.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Natur .