Wissenschaftliche Ziele

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.

Abb. 1: Modell der Entwicklung des Universums. Die Epoche der Re-Ionisation fand etwa 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall statt.<br />(Quelle: S.G. Djorgovski, Caltech Digital Media Center) Bild vergrößern
Abb. 1: Modell der Entwicklung des Universums. Die Epoche der Re-Ionisation fand etwa 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall statt.
(Quelle: S.G. Djorgovski, Caltech Digital Media Center) [weniger]

Das Dunkle Zeitalter
    
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 MHz - 200 MHz rotverschoben, das als Schwankungen der Radiostrahlung auf Skalen von einigen Bogenminuten nachweisbar sein sollte. LOFAR wird nach diesen Signalen suchen. Diese Messungen sind ein kritischer Test für die heutigen kosmologischen Modelle.

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 &uuml;brig geblieben sind.<br />(Quelle: S. Furlanetto) Bild vergrößern
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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