Astronomen entdecken das schwache kosmische Leuchten verborgener früher Galaxien
Durch die Verfolgung subtiler Wasserstoffstrahlung im tiefen Weltraum haben Astronomen das gesammelte Licht von Galaxien gemessen, die zu schwach sind, um einzeln wahrgenommen zu werden, und so bisher verborgene Strukturen im frühen Universum sichtbar gemacht.
Ein Großteil des Universums besteht aus Wasserstoffgas. Wenn sie von nahegelegenen Sternen angeregt werden, senden Wasserstoffatome ein charakteristisches ultraviolettes Signal aus, das als Lyman-Alpha-Strahlung bekannt ist und von Astronomen häufig genutzt wird, um die Positionen entfernter Galaxien zu bestimmen.
Viele Galaxien sind jedoch selbst in groß angelegten Durchmusterungen noch viel zu lichtschwach, um einzeln nachgewiesen zu werden.
Eine neue Studie, die in The Astrophysical Journal veröffentlicht wurde, zeigt, dass das gesamte Leuchten dieser unsichtbaren Galaxien dennoch gemessen werden kann. Anhand von Daten des Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX) konnten die Forscher schwache Wasserstoffemissionen über enorme kosmische Entfernungen hinweg nachweisen und so Licht von Galaxien einfangen, das normalerweise unentdeckt bleibt.
Das verborgene Licht des Universums messen
Herkömmliche Galaxienverzeichnisse konzentrieren sich darauf, einzelne Objekte zu identifizieren, die hell genug sind, um sich vom Hintergrundrauschen abzuheben. Die neue Studie nutzt stattdessen eine Methode namens „Line Intensity Mapping“, bei der die gesamte Strahlung gemessen wird, die von allen Quellen innerhalb eines bestimmten Raumbereichs ausgestrahlt wird.
Anstatt einzelne Galaxien isoliert darzustellen, erfasst diese Technik das gesamte Leuchten vieler Galaxien und des sie umgebenden Wasserstoffgases.
Um dieses schwache Signal herauszufiltern, verglichen die Forscher zwei Datensätze: einen Katalog bekannter Lyman-Alpha-emittierender Galaxien und Spektralmessungen, die ausschließlich diffuse Hintergrundstrahlung enthielten. Durch die Analyse der Korrelation zwischen diesen Datensätzen konnten sie den statistischen Abdruck der nicht aufgelösten Wasserstoffemission nachweisen.
Das Ergebnis zeigt, dass Strahlung von Galaxien ausgeht, die zu schwach sind, um in herkömmlichen Katalogen zu erscheinen.
Ein Blick in das junge Universum
Die Messungen beziehen sich auf eine Zeit, als das Universum etwa zwei bis vier Milliarden Jahre alt war, was einer Rotverschiebung zwischen 1,9 und 3,5 entspricht. In dieser Ära bildeten Galaxien rasch neue Sterne und schufen die Strukturen, aus denen sich später die heutige kosmische Landschaft entwickelte.
Indem sie untersuchten, wie sich die schwache Wasserstoffemission mit den bekannten Positionen von Galaxien deckt, schätzten die Forscher die durchschnittliche Helligkeit der nicht auflösbaren Lyman-alpha-Strahlung in weiten Bereichen des Weltraums.
Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein Großteil dieses diffusen kosmischen Leuchtens von gewöhnlichen sternbildenden Galaxien stammt, deren Licht durch das umgebende Wasserstoffgas gestreut wird.
Das gemessene Signal scheint schwächer zu sein als einige frühere Schätzungen, die auf Quasar-Beobachtungen basierten, was darauf hindeutet, dass frühere Messungen die Helligkeit dieses kosmischen Hintergrunds möglicherweise überschätzt haben.
Strukturen jenseits der sichtbaren Galaxien aufdecken
Die Studie zeigt, dass groß angelegte Durchmusterungen wie HETDEX schwache Strahlung nachweisen können, die dieselbe großräumige Struktur des Universums widerspiegelt wie sichtbare Galaxien.
Diese Messungen bieten eine neue Möglichkeit, das kosmische Netz zu untersuchen – jenes riesige Geflecht aus Gasfäden und Galaxien, das sich über Milliarden von Lichtjahren erstreckt.
Durch die Erfassung des Lichts von Galaxien, die einzeln nicht sichtbar sind, können Techniken zur Intensitätskartierung Astronomen dabei helfen, ein umfassenderes Bild davon zu gewinnen, wie Galaxien entstanden sind und wie sich Materie im frühen Universum bewegte.