Projektbeschreibung
Ein neuer Blick auf die rätselhaftesten Epochen in der Geschichte unseres Universums
So wie unsere irdische Geschichte durch Epochen oder Zeitalter bestimmt wird, so gilt dies auch für die Geschichte unseres Universums. Der Urknall beinhaltete eine extrem schnelle Expansion einer hochdichten Punktmasse, die eine sehr heiße Teilchensuppe hervorbrachte. Während sich das Universum ausdehnte und abkühlte, verbanden sich Protonen und Neutronen und zogen schließlich Elektronen an, wodurch neutrale Atome entstanden. In dieser Ära behinderten Wolken aus Wasserstoffgas die Lichtübertragung, weshalb sie als „finsteres kosmisches Mittelalter“ bezeichnet wird. In der darauf folgenden Reionisierungsepoche, der geheimnisvollen Epoche der Stern- und Galaxienbildung, wurde das intergalaktische Medium erneut ionisiert; die ersten Lichtquellen erschienen, ebenso wie riesige Schwarze Löcher, die alles in ihrer Reichweite verzehrten. Das EU-finanzierte Projekt QuasarChronicles beabsichtigt, diese faszinierende und geheimnisvolle Reionisierungsepoche zu charakterisieren und dadurch einen einzigartigen Blick auf die Geschichte unseres Universums zu eröffnen.
Ziel
How the first luminous sources reionized diffuse baryons in the intergalactic medium (IGM) is one of the most fundamental open questions in cosmology. The latest CMB constraints suggest reionization occurred at z ~ 7-8, within the realm of the highest redshift quasars known. The overarching impetus of this proposal is that Euclid's imminent discovery of scores of bright quasar beacons in a neutral universe, combined with the exquisite sensitivity of JWST, will enable a set of qualitatively new absorption spectroscopy experiments. Abundant neutral hydrogen in the IGM imprints a distinct damping wing signature on quasar spectra, which we will exploit to obtain the best constraints on the timing of reionization to date. These same spectra provide a glimpse of baryonic structure prior to reionization, which we will use to determine whether X-rays emitted by primeval black holes during cosmic dawn pre-heated the IGM, and constrain the properties of the underlying dark matter. The quasar's own ionizing radiation powers a cosmological-scale HII region encoding its radiative history, which we propose to map in absorption to answer the enigmatic question of how supermassive black holes grew to 10^9 M_sun just 800 Myr after the Big Bang. The same massive stars which reionized the IGM inevitably exploded in supernovae polluting the Universe with metals. These metals, if they reside in the neutral IGM, manifest as a forest of low-ionization absorbers, which we will use to constrain early IGM enrichment, and trace the history and topology of reionization with cosmic time. By conducting end-to-end analyses encompassing observations, theoretical modeling, state-of-the-art simulations, and Bayesian inference, we will elevate the quantitative study of reionization to be on the same solid methodological and statistical footing as other precision cosmological measurements. The PI is uniquely positioned to achieve these goals and has a proven track record for this type of synergy.
Wissenschaftliches Gebiet
- natural sciencesmathematicsapplied mathematicsstatistics and probabilitybayesian statistics
- natural sciencesphysical sciencesastronomyphysical cosmologybig bang
- natural sciencesphysical sciencesastronomyastrophysicsblack holes
- natural sciencesphysical sciencesastronomyastrophysicsdark matter
- natural sciencesphysical sciencesopticsspectroscopyabsorption spectroscopy
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-ADG - Advanced GrantGastgebende Einrichtung
2311 EZ Leiden
Niederlande