Das dunkle Zeitalter: Wodurch wurde Licht in das frühe Universum gebracht?
Wie konnte aus einem undurchsichtigen Universum im dunklen Zeitalter ein Kosmos voller Licht werden? Eine neue Studie hat genau das nun untersucht. Und offenbar waren nicht – wie lange vermutet – Supernovae der Grund dafür, sondern vielleicht sogar schon entstehende junge Sterne.
Der Übergang vom dunklen, undurchsichtigen frühen Universum zum lichtdurchfluteten Kosmos könnte sich anders ereignet haben als allgemein angenommen. Bisher glaubten Astronomen, dass Sternexplosionen – oder auch: Supernovae – das überschüssige Gas von den Sternen wegschleuderten, sodass sich das Dunkel allmählich lichtete. Doch neueste Untersuchungen zeigen, dass durch Supernovae die entscheidende Strahlung sogar viel schwerer durchgelassen wurde.
Etwa 400.000 Jahre nach dem Urknall war das junge Universum so weit abgekühlt, dass sich Atome bilden konnten. Einige hundert Millionen Jahre danach entstanden die ersten Sterne und wuchsen zu Galaxienverbänden zusammen. Es entstand vor allem neutraler Wasserstoff, dessen elektrisch ungeladene Atome ultraviolettes Licht absorbierten und den jungen Kosmos – wie ein dichter Nebel – abschirmten.
Gegenmodell zu den Supernova-Winden
Diese frühen Sternpopulationen könnten darum die kosmische Dunkelheit beendet haben, weil ihre energiereiche Strahlung Wasserstoff ionisieren konnte: Aus neutralen Atomen wurden geladene Protonen und Elektronen. Dieser Vorgang heißt Reionisierung und markiert einen entscheidenden Wendepunkt.
„Wir wissen nicht genau, welche Objekte die Reionisierung verursacht haben oder wie sie ablief“, sagt Dr. Cody Carr, Astronom an der University of Michigan und Erstautor der neuen Studie. „Wir wissen, dass sie stattgefunden hat, aber auf diese Fragen haben wir noch keine vollständigen Antworten.“
Bisher gingen viele Astrophysiker davon aus, dass Supernovae maßgeblich daran beteiligt waren. In der kürzlich in Nature Astronomy veröffentlichten Arbeit präsentierte Carrs Team jedoch Hinweise dafür, dass supernovagetriebene Winde eher verhindern, dass Photonen austreten: Sie könnten zusätzliches Gas aufwirbeln und damit eine Umgebung schaffen, in der die ionisierende Strahlung eingeschlossen bleibt.
Zwei Phasen der Sternentstehung
Für die Untersuchung nutzten die Forschenden das Hubble-Weltraumteleskop. Sie beobachteten sechs kompakte, sternbildende Galaxien in rund 3,5 Milliarden Lichtjahren Entfernung.
Die beobachteten Galaxien dienen als nahegelegene Vergleichsobjekte für Bedingungen, die im jungen Universum geherrscht haben könnten. Die Forschenden bestimmten an ihnen – über die Lichtspektren – Ursprung, Zusammensetzung, Geschwindigkeit und Richtung der Winde.
Dabei zeigte sich ein zweigeteiltes Geschehen: In den ersten drei Millionen Jahren der Sternentstehung treiben Winde junger, massereicher Sterne das neutrale Gas mit bis zu 3000 Kilometern pro Sekunde aus den Galaxien. So kann ionisierende Strahlung entweichen und das Gas zwischen den Galaxien erreichen.
Später kehrt sich das Ganze offenbar um. Wenn besonders heiße und massereiche Sterne vom Typ O als Supernovae sterben, schleudern sie Sternmaterial hinaus. Das reichert die Umgebung mit Gas und Staub an und kann die zuvor geöffneten Fluchtwege wieder versperren.
Folgen für die kosmische Geschichte
Auffällig war, dass in den ältesten untersuchten Galaxien mit den stärksten, durch Supernovae angetriebenen Winden am wenigsten ionisierende Strahlung entkam. „Die interessanteste Erkenntnis unserer Arbeit ist die Beobachtung, dass die stärksten LyC-Strahler keine schnellen galaktischen Winde besitzen“, sagt Carr. „Das stellt die Annahme infrage, dass Galaxien schnelle, von Supernovae angetriebene Winde benötigen, damit LyC-Strahlung entweichen kann.“
Die Ergebnisse widersprechen damit vielen Simulationen, in denen der Anteil entweichender Photonen, gerade nachdem solche Winde einsetzten, seinen Höhepunkt erreicht. Statt Supernovae könnten also vor allem die intensiven Strahlungsausbrüche junger Sterne die Reionisierung vorangetrieben haben.
Artikelreferenz
Carr, C., Cen, R., McCandliss, S., et al. (2026). Lyman continuum escape during the onset of galactic winds in compact starbursts. Nature Astronomy.