Astronomen haben mehr über den Zustand des Universums vor 13 Milliarden Jahren erfahren, indem sie die Menge an Kohlenstoff in den Gasen um alte Galaxien gemessen haben. Dabei entdeckten sie, dass der Anteil an Kohlenstoff im heißen Gas zu dieser Zeit schnell zunahm, was möglicherweise mit der großflächigen Erwärmung des Gases zusammenhängt, die mit dem Phänomen verbunden ist, das als „Ära der Reionisierung“ bezeichnet wird (Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society7. März).

Die von Rebecca Davies von der Swinburne University of Technology (Australien) geleitete Forschung zeigt, dass sich die Menge an heißem Kohlenstoff in nur 300 Millionen Jahren verfünffacht hat – eine kurze Zeitspanne nach kosmischen Maßstäben. Obwohl frühere Studien bereits einen Anstieg des heißen Kohlenstoffs gezeigt haben, hat nur diese neue Studie genügend Daten gesammelt, um die Anstiegsrate genau zu messen.

Davies und sein Team schlagen zwei mögliche Erklärungen für die schnelle Entwicklung vor. Der erste ist, dass die Menge an Kohlenstoff um Galaxien herum zugenommen hat, einfach weil mehr Kohlenstoff im Universum verfügbar geworden ist. Schließlich entstanden in der Zeit der Entstehung der ersten Sterne und Galaxien viele schwere Elemente, darunter auch Kohlenstoff, der vorher nicht existierte. Es ist also durchaus denkbar, dass die ersten Sternengenerationen für den rasanten Anstieg des Kohlenstoffgehalts verantwortlich sind.

Allerdings fanden die Forscher in ihrer Studie auch Hinweise darauf, dass die Menge an frischem Kohlenstoff im gleichen Zeitraum abnahm. Dies deutet darauf hin, dass die Entwicklung von Kohlenstoff möglicherweise zwei Phasen hatte: einen schnellen Anstieg während der Reionisierungsperiode, gefolgt von einer Nivellierung.

Das Zeitalter der Reionisierung, das stattfand, als das Universum „nur“ eine Milliarde Jahre alt war, war die Zeit nach dem kosmischen Dunkelzeitalter, das auf den Urknall folgte, als das Licht wieder freie Bahn im Universum hatte. Davor war das Universum ein dunkler, dichter Gasnebel. Aber als die ersten massiven Sterne zu leuchten begannen, ging dieses Gas zu Ende. ionisiert – ein Rezidiv kurz nach der Urknall (daher Reionisierung). Diese Strahlung könnte zu einer schnellen Erwärmung des umgebenden Gases geführt haben, was zu der in dieser Studie beobachteten Zunahme der Menge an heißem Kohlenstoff führte.

Die Forschung zur Reionisierung ist unerlässlich, um zu verstehen, wann und wie die ersten Sterne entstanden und begannen, die heute existierenden Elemente zu produzieren. Aber die erforderlichen Messungen sind äußerst schwierig: Die neue Studie erforderte 250 Beobachtungsstunden mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile. Mit diesem Teleskop konnten Wissenschaftler eine Reihe entfernter Quasare beobachten, die als kosmische Suchscheinwerfer fungieren.

Während das Quasarlicht auf seiner 13 Milliarden Jahre langen Reise durch den Weltraum Galaxien durchquert, werden einige der Photonen absorbiert, wodurch charakteristische Strichcode-ähnliche Muster im Quasarlicht entstehen. Damit Spektrallinien Astronomen können die chemische Zusammensetzung und Temperatur von Gas in Galaxien bestimmen. Auf diese Weise können sie etwas über die Entwicklung des Universums lernen.

Die Forschung war eine Zusammenarbeit zwischen der Swinburne University of Technology und Instituten in Italien, Deutschland, den USA und Großbritannien. (EE)

13 Milliarden Jahre Geschichte im Licht alter Quasare nachzeichnen