Es wurde Licht - Neue Erkenntnisse über die Sternenbildung

Innsbruck - Die extragalaktische Hintergrundstrahlung besteht aus Lichtteilchen, die sich über die Geschichte des Universums hinweg angesammelt haben. Findet man mehr über das „Hintergrundlicht“ heraus, erlaubt das Rückschlüsse auf die frühe Strukturbildung und Entwicklung im Kosmos. Ein internationales Forscherteam mit österreichischer Beteiligung konnte nun erstmals Spuren dieser Strahlung im Licht weit entfernter Gammastrahlen-Quellen nachweisen.

Dafür nützten die Wissenschafter Daten des NASA-Weltraumteleskops „Fermi“ sowie eine neue Beobachtungs- und Auswertungsmethode. Die vermeintlich ersten Sterne im Kosmos dürften demnach nicht später als etwa 500 Mio. Jahre nach dem Urknall entstanden sein, was zum Ende des „Dunklen Zeitalters“ geführt hat, so die Forscher in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift „Science“.

Aufgrund der Strahlung, die in unserem eigenen Sonnensystem und in der übrigen Milchstraße entsteht, ist eine direkte Messung der aus Lichtteilchen (Photonen) bestehenden extragalaktischen Hintergrundstrahlung nur eingeschränkt möglich. Gammastrahlung, die sich von weit entfernten Lichtquellen durch dieses Strahlungsfeld bewegt, kann von diesem teilweise absorbiert und geschwächt werden. In der Verteilung der Frequenzanteile der Gammastrahlung, die auf der Erde gemessen werden kann, ergibt sich eine Verformung, deren Stärke von der Entfernung zur Strahlenquelle und der Dichte der Hintergrundstrahlung abhängt.

Innsbrucker Forscher

Diesen Effekt nutzte das Team, dem auch die Astroteilchenphysiker Anita und Olaf Reimer von der Universität Innsbruck angehören, für ihre Analysen. Um genau die Strahlungsanteile zu identifizieren, die außerhalb unserer unmittelbaren kosmischen Umgebung entstehen, braucht es allerdings viele Beobachtungen unterschiedlicher Strahlungsquellen, wie etwa aktiver Kerne von Galaxien, in unterschiedlichen Distanzen. Da das Gammalicht schon vor Antritt seines Weges durch das Universum durch die Quelle selbst beeinflusst werden kann, mussten die Forscher genau wissen, wo sie hinschauen. Sie richteten daher Fermis „Large Area Telescope“ (LAT) auf etwa 150 Objekte in drei unterschiedlich weit entfernten Regionen des Kosmos. „Für unsere Analysen brauchen wir natürlich eine Sensitivität in dem passenden Energiebereich, die LAT nun liefert“, so Anita Reimer zur APA.

Mit der neuen Methode konnte gezeigt werden, dass das Gammaspektrum aktiver naher Galaxienkerne im für das LAT sensitiven Energiebereich nicht durch Absorption in der Hintergrundstrahlung verändert wird. Auch im Bereich niedrigerer Gamma-Energien zeigen die Spektren insgesamt keine Absorption, egal, wie weit die Strahlenquelle entfernt ist. Diese Strahlungsanteile kommen demnach ausschließlich von den jeweiligen Quellen selbst. In den hochenergetischen Bereichen des Spektrums trat bei weiter entfernten Quellen jedoch die Absorption auf, die auf die Überlagerung mit dem Hintergrundlicht zurückzuführen ist. Die Dichte der Hintergrundstrahlung konnte also eingegrenzt werden, verfeinert auf die kleinstmögliche bekannte Strahlungsdichte.

Das ermögliche auch verbesserte Aussagen über längst vergangene Zustände. Reimer: „Wir können die Strukturbildung, angefangen mit der Entstehung der ersten Sterne, einschränken, da sie einen gewissen Fingerabdruck in dem Hintergrundlicht hinterlassen haben“. Die neuen Erkenntnisse würden Modelle unterstützen, die davon ausgehen, dass sich die ersten Generationen von Sternen nicht später als ungefähr 500 Mio. Jahre nach dem Urknall entwickelt haben. Ihr Auftreten markierte im Universum das Ende des sogenannten „Dunklen Zeitalters“, als das intergalaktische Gas durch das Licht der ersten Sterne ionisiert wurde. (APA)