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Blick in das junge Universum
Der langwellige (keinesfalls langweilige!) Radiobereich ist ein bisher
nur wenig erforschtes Fenster zum Universum, in dem sich noch viele
Geheimnisse verbergen. Das Hauptinteresse der an LOFAR beteiligten
Wissenschaftler ist die sogenannte Epoche der Re-Ionisation, rund 1
Milliarde Jahre (Abb.1) nach
dem Urknall, als die ersten Sterne in den ersten Galaxien das neutrale
Gas ihrer Umgebung aufheizten und ionisierten. Die Gebiete mit
neutralem Gas schrumpften und verschwanden schließlich ganz. Dadurch
entstanden die ersten Strukturen im Gas des jungen Universums, die
heute der Beobachtung zugänglich sind, denn der neutrale Wasserstoff
(HI) sendet eine starke Radiolinie bei der Wellenlänge von 21 cm aus.
Diese Strahlung aus dem jungen Universum wurde allerdings auf dem Weg
zu uns durch die Expansion des Kosmos um einen Faktor zwischen 10 und
20 rotverschoben, sollte also jetzt irgendwo zwischen 2 m und 4 m
Wellenlänge aufzufinden sein. LOFAR wird nach diesen Signalen suchen,
die sich als Fluktuationen des schwachen Hintergrundes bemerkbar machen
sollten. Der Nachweis und die Messung der Rotverschiebung sind von
erheblicher Bedeutung, um die heutigen kosmologischen Modelle testen
und verbessern zu können. Einzig die langwellige Radioastronomie ist
dazu in der Lage.
Das Dunkle Zeitalter
Abb.
1: Modell der Entwicklung des Universums. Die Epoche der Re-Ionisation
fand etwa 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall statt, bei
Rotverschiebungen.
(Quelle: S.G. Djorgovski, Caltech Digital Media Center)
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Vor etwa 12 Milliarden Jahren, rund 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall,
begann die Bildung von Galaxien. Davor herrschte das Dunkle Zeitalter,
zu dem nur die Radiowellen Zutritt verschaffen können. Bis etwa 500
Millionen Jahre nach dem Urknall war das Universum vollständig neutral,
dann begannen die ersten Sterne und Quasare, das sie umgebende Gas zu
ionisieren - die Epoche der Re-Ionisation begann (Abb. 1). Durch die abnehmende Größe der Regionen mit neutralem Wasserstoffgas (HI) (Abb. 2)
entstand ein Muster von HI-Linien, von ursprünglich 1.4 GHz nach 70-200
MHz rotverschoben, das als Schwankungen der Radiostrahlung auf Skalen
von einigen Bogenminuten nachweisbar sein sollte. LOFAR wird nach
diesen den Signalen suchen. Diese Messungen sind ein kritischer Test
für die heutigen kosmologischen Modelle. |
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Abb.
2: Simulation des Gases in der Epoche der Re-Ionisation bei
Rotschiebungen von z=12.1, 9.2 und 7.6. Das neutrale Gas (HI) ist hell,
das ionisierte Gas dunkel gezeigt. Galaxien entstanden vermutlich aus
den HI-Filamenten, die nach dieser Epoche übrig geblieben sind.
(Quelle: S. Furlanetto)
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