Auf Erkundung im sehr frühen Universum
BOSS, die größte Komponente der dritten SDSS-Durchmusterung (Sloan Digital Sky Survey), leistet Pionierarbeit auf dem Gebiet der Verwendung von Quasaren zur Kartierung von Dichteschwankungen im intergalaktischen Gas auf große Entfernungen. Die an dem EU-finanzierten Projekt MINE BOSS (Mining for metals in a massive spectroscopic survey of the intergalactic medium) arbeitenden Astronomen nutzten Quasare zur Messung von baryonischen akustischen Oszillationen (Baryon Acoustic Oscillation, BAO). Mit nahezu 140 000 Quasarspektren wurde die Position der intergalaktischen Wasserstoffgaswolken in drei Dimensionen kartiert. Aus diesen Karten erstellte man präzise Messungen der baryonischen akustischen Oszillationen. Ein neues Verfahren zum Einsatz der Flusskorrelationsfunktion für Lyman-alpha-Linien entfernter Quasare ermöglichte eine Schätzung der Expansionsrate des Weltalls bei Rotverschiebungen von größer als 2.1. Durch Messung der Größe der baryonischen akustischen Oszillationen in verschiedenen Epochen der kosmischen Zeit demonstrierten die MINE BOSS-Wissenschaftler, wie sich das Universum weiterhin in seiner Ausbreitung verlangsamt. Diese ersten Messungen der Expansionsrate während der ersten Hälfte seiner Geschichte werden ihnen helfen, die Beschaffenheit der Dunklen Energie zu enträtseln. Im Gegensatz zur normalen Materie weist Dunkle Energie starken Unterdruck auf, und es ist genau dieser Unterdruck, welcher der Schwerkraft abstoßende Wirkung verleiht. Man postulierte daher die Dunkle Energie als verantwortliche Ursache dafür, dass die Expansionsgeschwindigkeit während der zweiten Hälfte der Historie unseres Universums zugenommen hat. Die MINE BOSS-Wissenschaftler nutzten außerdem die durch neutralem Wasserstoff in Quasarspektren verbleibende Signatur, um die Eigenschaften von Neutrinos einzuschränken. Insbesondere gestattete ihnen die Analyse der Lyman-alpha-Linien in den Quasarspektren, das eindimensionale Flussleistungsspektrum zu messen, das in Beziehung zur dreidimensionalen Materieverteilung steht. Die Auswirkungen der Neutrinomassen auf das Flussleistungsspektrum wurde durch hydrodynamische Simulationen mit hoher Genauigkeit berechnet. Ein Vergleich dieser rechnerischen Vorhersagen mit Beobachtungsdaten führte zu mehreren Einschränkungen für Neutrinomassen und andere kosmologische Parameter. Neutrinos stellen ein mögliches Mittel zur Klärung von Diskrepanzen zwischen der Expansionsrate des Universums in der ersten und zweiten Hälfte seiner Geschichte dar. Man nimmt an, dass die Dunkle Energie erzeugt wurde, als die Neutrinos auseinandergezogen wurden. Wodurch eine Spannung ähnlich der entstand, welche die Expansion des Weltalls antreibt. Die MINE BOSS-Projektresultate haben den Weg zu neuen Messungen der baryonischen akustischen Oszillationen als Teil der erweiterten BOSS bereitet, um die Expansionsgeschichte des Universums bis zu dem Zeitpunkt zurück zu messen, als es weniger als drei Milliarden Jahre alt war. Die Arbeit motivierte außerdem zu einer massiven Durchmusterung des intergalaktischen Gases mit der größtenteils europäischen WEAVE-Durchmusterung, die plangemäß mit dem 2017 startenden William-Herschel-Teleskop stattfinden soll.
Schlüsselbegriffe
frühes Universum, Quasare, intergalaktisches Gas, spektroskopische Durchmusterung, baryonische akustische Oszillationen
