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Neue Modelle decken die Geheimnisse weit entfernter Galaxien auf

Neue Modellierungsverfahren könnten der Astronomie dabei helfen, einige der frühesten Galaxien des Universums zu identifizieren und so wichtige Einzelheiten über die Entwicklungsgeschichte unseres Kosmos zu erfahren.

Weltraum

Wer ins All schaut, reist durch die Zeit. Je weiter entfernt die betrachteten Galaxien sind, desto näher kommen die Reisenden dem Beginn des Universums, da das Licht eine gewisse Zeit benötigt, bis es uns erreicht. So können viele Hinweise auf die Ursprünge und die Entstehung des Kosmos gefunden werden. „Bei der Forschung im Rahmen von DeepIMPACT stand ein bestimmtes Zeitalter der kosmischen Entwicklungsgeschichte im Mittelpunkt. Es wird Reionisierungsepoche genannt“, erläutert Projektkoordinatorin Livia Vallini, die jetzt Postdoktorandin an der Scuola Normale Superiore in Pisa, Italien, ist. „Sie fand statt, als das Universum zwischen 300 Mio. und 1 Mrd. Jahre alt war. Das Universum ist mehr als 13 Mrd. Jahre alt. Gase begannen in sich zusammenzufallen und bildeten Galaxien. Innerhalb dieser Galaxien wurden Sterne geboren“, so Vallini, die ihre Forschung mithilfe der Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchführte. Dieses Zeitalter ist für unser Verständnis des Kosmos entscheidend, da die frühen Galaxien einen tiefgreifenden Einfluss auf die Entwicklung des Universums hatten. Jeder neue Stern produzierte Photonen – Licht –, das sich in die frühen Galaxien ausbreitete und so die Eigenschaften der Gase im gesamten Universum beeinflussten. „Davon ist die Rede, wenn wir über die Epoche der Reionisierung sprechen“, fügt Vallini hinzu. „Wir leben heute in einem Universum, das vollständig reionisiert ist.“

Es werde Licht

Die Wissenschaft weiß jedoch noch nicht, wann genau dieses Zeitalter begann und endete und welche Eigenschaften die Galaxien besaßen, die am meisten zu diesem Vorgang beitrugen. Die Galaxien der ersten Generation sind auch unglaublich weit entfernt und ihre Analyse gestaltet sich sehr schwierig. Aus diesem Grund werden Simulationen und mathematische Modelle benötigt. Ziel des Projekts DeepIMPACT war es, auffällige Eigenschaften der weit entfernten Galaxien zu erkennen, die schon damals supermassereiche Schwarze Löcher enthielten. Daran kann die Astronomie sie erkennen. Die Forschung wird an der Universität Leiden in den Niederlanden durchgeführt. Sie ermöglichte Vallini, eng mit Xander Tielens zusammenzuarbeiten, einem Professor und einer weltweit renommierten Gestalt auf dem Gebiet der Astrochemie. „Während meiner Doktorarbeit in Italien lag mein Schwerpunkt auf der Modellierung der Helligkeit in weit entfernten Galaxien“, berichtet Vallini. „Das Projekt DeepIMPACT gründete sich auf meinem Gefühl, dass Galaxien, die sich früh bildeten, viel kleiner und kompakter waren als zum Beispiel die unsere. Wenn diese Galaxien ein Schwarzes Loch in der Mitte haben, wird dies aufgrund ihrer relativ geringen Größe eine größere Auswirkung auf die Helligkeit in der gesamten Galaxie haben.“

Entdeckung des Kosmos

Vallini entwickelte Modelle, damit die Astronomie weit entfernte Galaxien aufgrund dieser Tatsache erkennen können. Diese Modelle sollen Forschenden ein besseres Verständnis der tatsächlichen Größe dieser Galaxien und der Auswirkung der Schwarzen Löcher auf die Umgebung vermitteln. Bis zum Projektabschluss im Januar 2020 konnte Vallini mehr als zehn wissenschaftliche Arbeiten über ihre Erkenntnisse bezüglich der Entdeckung entfernter Galaxien veröffentlichen. Einer der unerwarteten Vorteile der Modelle von DeepIMPACT ist, dass sie so anpassbar und flexibel sind, dass sie auch auf das umliegende Universum angewendet werden können. „Obwohl wir uns auf die entfernten Galaxien konzentrierten, wurden unsere Ergebnisse von DeepIMPACT für die Planung von Beobachtungen im fernen Universum sowie in nahegelegenen Galaxien eingesetzt“, bemerkt Vallini. „Auf diese Weise trug DeepIMPACT mit einem kleinen Teil zu dem viel größeren Puzzle der Galaxieentwicklung bei. Natürlich gibt es nach wie vor viele Dinge, die wir nicht verstehen“, schließt Vallini.

Schlüsselbegriffe

DeepIMPACT, Weltall, Galaxie, Universum, Schwarzes Loch, Kosmos, Reionisierung, Astronomie, supermassereich

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