Zusammenfassung:
Ein internationales Astronomie-Forschungsteam nutzte kürzlich ein riesiges Radioteleskop-Array, um erfolgreich extrem schwache Radiosignale neutraler Wasserstoffatome aus einer Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie zu detektieren. Dieses Entdeckungsergebnis brach den bisherigen Rekord für die längste Entfernung ähnlicher Beobachtungen und verschaffte Astronomen ein neues wichtiges Beobachtungsfenster, um die Gasbrennstoffreserven in den frühen Stadien der Entstehung früher Sterne und Galaxien im Universum direkt zurückzuverfolgen.
Neutraler Wasserstoff (atomarer Wasserstoff) ist das am häufigsten vorkommende Grundelement im Universum und außerdem ein unverzichtbarer zentraler „Brennstoff“ für die Geburt von Sternen sowie das Wachstum und die Entwicklung von Galaxien. Im Radioband emittieren neutrale Wasserstoffatome charakteristische elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 21 cm (die berühmte 21-cm-Wasserstofflinie). Allerdings ist die Spinübergangswahrscheinlichkeit eines einzelnen Wasserstoffatoms äußerst gering, und ein einzelnes schwaches Signal wird extrem stark abgeschwächt, wenn es den langen, tiefen Raum des Universums durchquert. Daher können bestehende Radioteleskope unter herkömmlichen Beobachtungsbedingungen die neutrale Wasserstoffstrahlung einer einzelnen Galaxie, die Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt ist, kaum nachweisen.
Um diese Grenze der physikalischen Beobachtung zu überschreiten, hat sich das wissenschaftliche Forschungsteam geschickt die „Superlupe“ des Universums ausgeliehen – den Gravitationslinseneffekt. Wenn die schwachen Radiowellen, die von der Zielgalaxie im Weltraum ausgesendet werden, auf ihrem Weg zur Erde an einer anderen massereichen Galaxie oder einem Galaxienhaufen vor der Sichtlinie vorbeikommen, wird das riesige Gravitationsfeld des vorderen Objekts die Licht- und Radiosignale der hinteren Galaxie wie eine konvexe Linse beugen und bündeln, wodurch die ursprünglich extrem schwachen, für neutralen Wasserstoff charakteristischen Spektrallinien um ein Vielfaches deutlich verstärkt werden, sodass sie schließlich vom hochempfindlichen Radioempfangssystem auf der Erde klar erfasst werden können.
Durch die genaue Berechnung der Rotverschiebung der entdeckten 21-Zentimeter-Spektrallinie konnten die Forscher nicht nur den spezifischen Zeitabschnitt der Galaxie in den mehreren zehn Milliarden Jahren kosmischer Entwicklung genau bestimmen, sondern auch die Gesamtmasse des in der Galaxie enthaltenen neutralen Wasserstoffgases weiter berechnen. Die Analyse der Daten zeigt, dass diese Galaxie während des Goldenen Zeitalters des Universums vor Milliarden von Jahren über eine viel größere Reserve an neutralem Wasserstoffgas verfügte als ihre modernen Nachbargalaxien gleicher Größe, was direkt die physikalische Schlussfolgerung bestätigt, dass die Sternentstehungsaktivität im frühen Universum intensiver war.
Astronomen wiesen darauf hin, dass diese bahnbrechende Beobachtung nicht nur die technische Machbarkeit der Kombination des Gravitationslinseneffekts bestätigte, um die Obergrenze des Erfassungsabstands von Radioteleskopen zu durchbrechen, sondern auch eine wichtige methodische Verifizierung und wissenschaftliche Referenz für die ultragroße Radioastronomieanlage der nächsten Generation, das Square Kilometre Array Radio Telescope (SKA), lieferte, das in den nächsten Jahren voll funktionsfähig sein wird. Es wird erwartet, dass es in Zukunft systematisch aufdecken wird, wie große Galaxien im frühen Universum Gas ansammelten und die Welle der Sternentstehung vorangetrieben haben, die Hunderte Millionen Jahre andauerte.
Kommentare