Mit Hubbles neuestem Werkzeug, dem Cosmic Origins Spectrograph (COS), haben Forscher unser Verständnis der Reionisierung von Helium im frühen Universum festgenagelt und verbessert und den Zeitrahmen von 11,7 bis 11,3 Milliarden Jahren geklärt, als das Universum Elektronen vom Urzeitalter abstreifte Heliumatome. Hubble-Wissenschaftler sagen, es sei das Äquivalent zur globalen Erwärmung, mit der Ausnahme, dass zu dieser Zeit eine Hitzewelle durch das gesamte frühe Universum schoss und das Wachstum kleiner Galaxien für fast 500 Millionen Jahre hemmte.
Das Universum erlebte vor über 13 Milliarden Jahren eine anfängliche Hitzewelle, als Energie von frühen massereichen Sternen kalten interstellaren Wasserstoff aus dem Urknall ionisierte. Diese Epoche wird eigentlich als Reionisierung bezeichnet, da sich die Wasserstoffkerne ursprünglich kurz nach den Anfängen des Universums in einem ionisierten Zustand befanden.
Es dauerte weitere 2 Milliarden Jahre, bis das Universum ultraviolette Strahlungsquellen mit genügend Energie produzierte, um das im Urknall erzeugte Helium zu reionisieren, das intergalaktisches Gas erhitzte und es daran hinderte, durch Gravitation zusammenzubrechen, um in einigen kleinen Galaxien neue Generationen von Sternen zu bilden. Die Galaxien mit der niedrigsten Masse konnten nicht einmal an ihrem Gas festhalten, und es entkam zurück in den intergalaktischen Raum.
Diese Strahlung kam nicht von Sternen, sondern von Quasaren, den brillanten Kernen aktiver Galaxien. Tatsächlich entspricht die Epoche, in der das Helium reionisiert wurde, einer Übergangszeit in der Geschichte des Universums, als Quasare am häufigsten vorkamen.
Michael Shull von der University of Colorado und sein Team konnten die verräterischen spektralen Heliumabsorptionslinien im ultravioletten Licht eines Quasars finden. Das Quasar-Leuchtfeuer strahlt Licht durch dazwischenliegende Wolken aus ansonsten unsichtbarem Gas, wie ein Scheinwerfer, der durch einen Nebel scheint. Der Strahl ermöglicht eine Kern-Proben-Sonde der Gaswolken, die zwischen Galaxien im frühen Universum verteilt sind.
Es war eine rauhe Zeit. Galaxien kollidierten häufig, und dies versorgte supermassereiche Schwarze Löcher in den Kernen von Galaxien mit infallierendem Gas. Die Schwarzen Löcher wandelten wütend einen Teil der Gravitationsenergie dieser Masse in starke fern-ultraviolette Strahlung um, die aus Galaxien herausflammen würde. Dies erhitzte das intergalaktische Helium von 18.000 Grad Fahrenheit auf fast 40.000 Grad. Nachdem das Helium im Universum reionisiert worden war, kühlte sich das intergalaktische Gas wieder ab und Zwerggalaxien konnten ihre normale Assemblierung wieder aufnehmen.
"Ich kann mir vorstellen, dass sich noch einige Zwerggalaxien gebildet hätten, wenn keine Heliumreionisierung stattgefunden hätte", sagte Shull.
Bisher haben Shull und sein Team nur eine Sichtlinie, um den Heliumübergang zu messen, aber das COS-Wissenschaftsteam plant, Hubble zu verwenden, um in andere Richtungen zu schauen, um festzustellen, ob die Heliumreionisierung im gesamten Universum einheitlich stattgefunden hat.
Die Ergebnisse des Wissenschaftsteams werden in der Ausgabe des Astrophysical Journal vom 20. Oktober veröffentlicht.
Quelle: HubbleSite
