Ein internationales Astronomenteam ist, gestützt auf Beobachtungen des Weltraumteleskops Hubble, zu einem Schluss gelangt, der eines der Kernmodelle der frühen Universumsentwicklung revidieren könnte. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht. Die Wissenschaftler zeigten, dass Supernova-Explosionen in den ersten Galaxien wahrscheinlich keinen Weg für ultraviolette Strahlung freimachten, wie jahrzehntelang angenommen wurde, sondern stattdessen Barrieren aus neutralem Gas und Staub schufen, die Photonen innerhalb der Galaxien einschlossen.
Der Nebel, der das Universum verbarg
Etwa während der ersten Milliarde Jahre nach dem Urknall war der Kosmos mit einem dichten „Nebel“ aus neutralem Wasserstoff gefüllt. Dieses Gas absorbierte ultraviolette Strahlung effektiv und machte das Universum für diesen Teil des Spektrums undurchsichtig. Mit der Bildung erster Sterne und Galaxien begann deren intensive Strahlung, Wasserstoffatome in Protonen und Elektronen zu spalten – ein Prozess, der als Epoche der Reionisation bekannt ist. Genau dieser verwandelte das Universum in ein transparentes Medium, das Licht über kosmologische Distanzen hinweg reisen lässt.
Die von Hubble entdeckte umgekehrte Abhängigkeit
Lange Zeit dominierten in hydrodynamischen Modellen Hypothesen, wonach Supernova-Explosionen starke galaktische Winde erzeugten, die neutrales Gas aus der Umgebung junger Sterne bliesen und Kanäle für den Austritt ultravioletter Photonen öffneten. Das Forschungsteam analysierte jedoch die Spektren sternbildender Galaxien und fand ein anderes Bild vor: Galaxien mit den schnellsten, durch Supernovae angetriebenen Winden ließen den geringsten Anteil ultravioletter Strahlung passieren. Beobachtungsdaten zufolge störte die Energie der Explosionen die Umgebung und vergrößerte die Schicht aus lichtblockierendem neutralem Gas und Staub, anstatt sie zu zerstören.
Junge Sterne als Haupt-"Laternen" der Reionisation
Die gewonnenen Daten stützen eine alternative Theorie, in der nicht die Supernova-Aktivität eine zentrale Rolle bei der Reionisation spielt, sondern die Strahlung und schwächere lokale Winde junger Sterne in den frühen Entwicklungsstadien der Galaxien. Genauer gesagt ermöglichten diese Prozesse es Photonen, Galaxien noch vor der Entstehung kräftiger galaktischer Winde durch Supernovae zu verlassen. Somit wurden die ersten „Laternen“ des Universums nicht bei katastrophalen Explosionen entzündet, sondern während einer Phase relativ ruhiger Existenz heißer junger Sterne.
Modellkorrekturen und Zukunftspläne
Supernova-Explosionen nehmen nach wie vor einen zentralen Platz in modernen hydrodynamischen Modellen zur Evolution des Universums ein. Die neue Studie bedeutet jedoch, dass Wissenschaftler signifikante Korrekturen an Computersimulationen vornehmen müssen, um den Einfluss der Strahlung junger Sterne zum Zeitpunkt der ersten Supernova-Ausbrüche zu berücksichtigen. Das Forschungsteam plant bereits zusätzliche Beobachtungszeit am Hubble-Teleskop, um die Spektren weiterer Galaxien zu analysieren und die Schlussfolgerungen an einer breiteren Stichprobe von Objekten zu überprüfen.
