Neues Hühnerdraht-Teleskop wird Blasen aus dem Urknall finden, sagen Wissenschaftler

Die Milchstraße am Nachthimmel über dem HERA-Array. Das Teleskop kann nur ... [+] zwischen April und September beobachten, wenn sich die Milchstraße unter dem Horizont befindet, da die Galaxie viel Radiorauschen erzeugt, das die Erkennung schwacher Strahlung aus der Epoche der Reionisierung beeinträchtigt. Die Anlage befindet sich in einer funkstillen Region, in der Radios, Mobiltelefone und sogar benzinbetriebene Autos verboten sind.

Am Anfang, vor etwa 13,8 Milliarden Jahren, gab es den „Urknall“, aber was dann? Ungefähr 200 Millionen Jahre später verschmolzen inmitten der Trümmer Sterne. Dann Zwerggalaxien. Ihr Licht erhitzte das intergalaktische Medium und das Universum, wie wir es kennen, entstand.

Dieser Moment, in dem die Sterne zum ersten Mal eingeschaltet werden, wird als „kosmische Morgendämmerung“ bezeichnet, ein einzigartiger Zeitraum in der Geschichte des Universums, über den Astronomen unbedingt mehr erfahren möchten. Wie waren diese sogenannten „Population 1“-Sterne und kleinen Galaxien?

Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) ist einer Antwort nahe gekommen und hat eine Galaxie abgebildet, die existierte, als das Universum etwa 325 Millionen Jahre alt war. Beeindruckend, aber nicht nah genug.

Könnte das empfindlichste Radioteleskop der Welt noch einen Schritt weiter gehen und bis zu dieser „kosmischen Morgendämmerung“ zurückblicken – obwohl es größtenteils aus Hühnerdraht besteht?

Möglicherweise, weil die Empfindlichkeit des Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA) – eines Netzwerks aus 350 Radioteleskopen in der Karoo-Wüste in Südafrika – gerade verdoppelt wurde. Radioastronomie ist die Untersuchung des Himmels in Radiofrequenzen, einer Form elektromagnetischer Strahlung, genau wie sichtbares Licht. Arrays wie das HERA werden auf der Erdoberfläche angeordnet, um schwache Funksignale zu verstärken.

Dabei spielt es keine Rolle, dass die neuen Melder von HERA aus Maschendraht, PVC-Rohren und Telefonmasten bestehen. „Bei einer Wellenlänge von zwei Metern ist ein Maschendrahtgeflecht ein Spiegel“, sagte Dillon. „Alle hochentwickelten Dinge befinden sich im Backend des Supercomputers.“

Das online veröffentlichte und von The Astrophysical Letters zur künftigen Veröffentlichung angenommene Papier des HERA-Teams beschreibt, wie sie die Empfindlichkeit des Arrays um den Faktor 2,1 für etwa 650 Millionen Jahre emittiertes Licht und um den Faktor 2,6 für etwa 450 Millionen Jahre danach emittierte Strahlung verbessert haben Urknall.

Sie beabsichtigen, diese neue Empfindlichkeit später in diesem Jahr zu nutzen, um eine 3D-Karte der Blasen aus ionisiertem und neutralem Wasserstoff zu erstellen, wie sie sich von vor etwa 200 Millionen Jahren bis etwa eine Milliarde Jahre nach dem Urknall entwickelt haben.

Das Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA) besteht aus 350 nach oben gerichteten Schalen, um ... [+] 21-Zentimeter-Emissionen aus dem frühen Universum zu erkennen. Es liegt in einer funkstillen Region der trockenen Karoo in Südafrika.

„Eine 3D-Karte des größten Teils der leuchtenden Materie im Universum ist das Ziel für die nächsten 50 Jahre oder länger“, sagte Joshua Dillon, Forscher an der University of California, Berkeleys Department of Astronomy und Hauptautor der Studie. „Dies ist ein Schritt in Richtung einer möglicherweise revolutionären Technik in der Kosmologie.“

Die Wissenschaftler werden versuchen, das „kosmische dunkle Zeitalter“ vom „kosmischen Morgengrauen“ zu trennen, indem sie Blasen aus ionisiertem Wasserstoff im kalten Wasserstoff des frühen Universums herausziehen.

Die ersten Ergebnisse sind gut. Bisherige Arbeiten mit HERA deuten darauf hin, dass die ersten Sterne und Galaxien im Gegensatz zu den vielfältigen Elementen, die sie nach dieser Zeit hatten, größtenteils aus Wasserstoff und Helium bestanden haben könnten. Dies liegt jedoch größtenteils daran, dass das Team das gesuchte Signal nicht erkannt hat.

„Das macht Sinn, weil wir von einer Zeitspanne im Universum sprechen, bevor die meisten anderen Elemente entstanden sind“, sagte Dillon.

Die Suche nach den überaus wichtigen ionisierten Blasen wird bedeuten, dass HERA nach einer Lichtwellenlänge sucht, die neutraler Wasserstoff absorbiert und emittiert, ionisierter Wasserstoff jedoch nicht. Man nennt sie die 21-Zentimeter-Linie – eine Frequenz von 1.420 Megahertz – und die Ausdehnung des Universums bedeutet, dass sie zehnmal so lang ist (also etwa 2 m). Bei einem Durchmesser von 14 Metern sollten die Antennen von HERA also in der Lage sein, diese Strahlung zu sammeln und auf Detektoren zu fokussieren.

Das Ergebnis wäre ein Bild vom Universum als Kind.

Ich wünsche Ihnen einen klaren Himmel und große Augen.