(N.R.Fuller/National Science Foundation) Der Urknall mag hell und dramatisch gewesen sein, aber unmittelbar nachdem es passierte, bekam das Universum es lange Zeit extrem dunkel .
Tatsächlich gehen Wissenschaftler davon aus, dass es bis zu 200 Millionen Jahre dauerte, bis die ersten Sterne aus einer dunklen Materiesuppe auftauchten.
Da aktuelle Teleskope nicht empfindlich genug sind, um das Licht dieser Sterne direkt zu beobachten, suchen Astronomen stattdessen nach indirekten Beweisen für ihre Existenz.
Jetzt ist es einem Team von Wissenschaftlern gelungen, mit einer Radioantenne in der Größe einer Tischplatte, genannt „, ein schwaches Signal dieser Sterne aufzufangen.“ KANTEN .
Die beeindruckende Messung, die ein neues Fenster zum frühen Universum öffnet, zeigt, dass diese Sterne etwa 180 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden sind.
Die Ergebnisse, veröffentlicht in Natur deutet auch darauf hin, dass Wissenschaftler möglicherweise überdenken müssen, was „ Dunkle Materie ' - eine mysteriöse Art unsichtbarer Materie - ist hergestellt aus .
Modelle haben gezeigt, dass die ersten Sterne, die das Universum erleuchteten, blau und kurzlebig waren und ein Bad aus ultraviolettem Licht erzeugten.
Lange Zeit wurde angenommen, dass das früheste beobachtbare Signal dieser kosmischen Morgendämmerung ein „Absorptionssignal“ ist – ein Helligkeitsabfall bei einer bestimmten Wellenlänge –, der dadurch verursacht wird, dass dieses Licht die Wasserstoffgaswolken durchdringt und deren physikalische Eigenschaften am stärksten beeinflusst häufig vorkommendes Element im Universum.
(CSIRO)
Wir wissen, dass dieser Einbruch im Radiowellenteil des zu finden ist elektromagnetisches Spektrum , bei einer Wellenlänge von 21 Zentimetern (8,2 Zoll).
Anspruchsvolle Messung
Dies alles wurde von der Theorie vorhergesagt.
In der Praxis ist es jedoch äußerst schwierig, das Signal zu finden.
Dies liegt daran, dass es sich mit vielen anderen Signalen in diesem Bereich des Spektrums überschneidet, die viel stärker sind – wie etwa gemeinsame Frequenzen auf dem UKW-Radiosender und Radiowellen von anderen Ereignissen in unserer Galaxie.
Der Grund, warum das Team schließlich erfolgreich war, lag zum Teil an dem empfindlichen Empfänger und der kleinen Antenne des Experiments, mit denen sich ein großer Bereich des Himmels einfacher abdecken lässt.
Um sicherzustellen, dass jeder Helligkeitsabfall, den sie fanden, vom Sternenlicht im frühen Universum herrührte, untersuchte das Team einen Effekt, der als bekannt ist Doppler-Verschiebung - Sie werden dies als ein Absinken der Tonhöhe erlebt haben, wenn eine Sirene mit hoher Geschwindigkeit vorbeifährt.
Da sich alle Galaxien aufgrund der Ausdehnung des Universums von uns entfernen, wird das Licht in ähnlicher Weise in rötlichere Wellenlängen verschoben. Astronomen nennen diesen Effekt „Rotverschiebung“.
(N.R.Fuller/National Science Foundation)
Redshift sagt Wissenschaftlern, wie weit eine bestimmte Gaswolke von der Erde entfernt ist und wie weit in der kosmischen Zeit das Licht von ihr emittiert wurde.
In diesem Fall würde jede Verschiebung des bei einer Wellenlänge von 21 Zentimetern erwarteten Helligkeitsabfalls einen Hinweis darauf geben, wie sich das Gas bewegt und wie weit es entfernt ist.
Das Team maß einen Einbruch, der sich über mehrere Zeiträume im Kosmos erstreckte – am dramatischsten zurück zu der Zeit, als das Universum selbst erst 180 Millionen Jahre alt war, verglichen mit seinem heutigen stolzen Alter von 13,9 Milliarden Jahren. Dies war das Licht der allerersten Sterne.
Dunkle Materie-Twist
Die Geschichte endet hier nicht. Das Team war überrascht, als es feststellte, dass die Amplitude des Signals mehr als doppelt so groß war wie vorhergesagt. Dies deutet darauf hin, dass das Wasserstoffgas viel kälter war als aufgrund der Hintergrundstrahlung erwartet.
Diese Erkenntnisse, veröffentlicht in einem anderen Artikel in Natur haben den theoretischen Physikern einen Strich durch die Rechnung gemacht.
Dies liegt daran, dass die Physik zu diesem Zeitpunkt im Universum darauf schließen lässt, dass es leicht gewesen wäre, Gas zu erhitzen, aber schwierig, es abzukühlen.
Um die zusätzliche Kühlung zu erzeugen, die zur Erklärung des Signals erforderlich ist, muss das Gas mit etwas noch Kälterem interagiert haben, argumentieren die Autoren. Und das Einzige, was im frühen Universum bekannt ist und kälter ist als dieses kosmische Gas, ist Dunkle Materie.
Tatsächlich müssen Theoretiker nun entscheiden, ob sie das verlängern sollen Standardmodell der Kosmologie und Teilchenphysik, um diesen Effekt zu erklären.
Wir wissen, dass dunkle Materie fünfmal häufiger vorkommt als normale Materie, aber wir wissen noch nicht, woraus sie besteht.
Mehrere Optionen für Teilchen, aus denen Dunkle Materie bestehen könnte wurde vorgeschlagen , wobei der Lieblingskandidat das Weakly Interacting Massive Particle (WIMP) ist.
Die neue Forschung legt jedoch nahe, dass das Teilchen der Dunklen Materie nicht viel schwerer sein würde als ein Proton (das zusammen mit dem Neutron den Atomkern bildet). Dies liegt deutlich unter den für das WIMP vorhergesagten Massen.
Die Analyse legt auch nahe, dass die Dunkle Materie kälter ist als erwartet, und eröffnet die spannende Möglichkeit, die „21-Zentimeter-Kosmologie“ als neue Sonde für die Dunkle Materie im Universum zu nutzen.
Weitere Entdeckungen mit empfindlicheren Empfängern und weniger Komplikationen durch terrestrische Funkstörungen – was durch die Platzierung eines erreicht werden könnte Interferometer auf der dunklen Seite von der Mond - könnte weitere Details über die Natur der Dunklen Materie enthüllen und vielleicht sogar die Geschwindigkeit untersuchen, mit der sie sich bewegt.
Dies kommt zu einem günstigen Zeitpunkt für Radioastronomen, die in Australien und Südafrika die nächste Generation riesiger Netzwerke von Radioteleskopen oder Interferometern entwickeln Quadratkilometer-Array sowie andere hochmoderne Experimente, die dem Studium gewidmet sind die kosmische Morgendämmerung .
Es ist eine aufregende Zeit, Wissenschaftler zu sein.
Carole Mundell , Leiter Physik, Universität Bath .
Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Die Unterhaltung . Lies das originaler Artikel .