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Markov Chain Monte Carlo reconstruction of the large-scale structure with the Lyman alpha forest

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Den Raum im All verstehen

Ein EU-finanziertes Projekt eröffnete vor nicht allzu langer Zeit einen neuen Ansatz zur Analyse der intergalaktischen Struktur - sowohl im kleinen als auch im großen Maßstab.

Industrielle Technologien

Zwei fundamentale Themen der Kosmologie von heute beschäftigen sich damit, wie sich die großräumige Struktur des Universums entwickelt hat, sowie damit, die Beschaffenheit des "Raums" zwischen den Galaxien (das intergalaktische Medium) zu verstehen. Betrachten Kosmologen die Verteilung der Materie auf großen Distanzen innerhalb des beobachtbaren Universums, so sehen sie die Strukturen einer längst vergangenen Zeit darin verborgen. Dies versetzt sie in die Lage, ein Bild des Universums aus einer Zeit zu erstellen, als diese Strukturen jünger und näher der linearen Anordnung waren, in welcher sich Galaxien aktiv bilden. Nichtlineare Prozesse haben die Informationen über den Ursprung unseres Universums im Laufe der Zeit zerstört, aber diese Daten sind noch in sehr großen Maßstäben dort, wo die Strukturen nahezu in der ursprünglichen linearen Anordnung erhalten sind, verschlüsselt. An diese Informationen kann man mittels der Wasserstoffabsorptionsspektren des intergalaktischen Mediums herankommen. Hier ist eine extrem starke Leuchtquelle erforderlich, um das intergalaktische Medium anzustrahlen und dem erdgebundenen Beobachter sichtbar zu machen. Objekte, die dazu geeignet sind, nennt man Quasare: Man nimmt an, dass sie Kerne aktiver Galaxien sind. Die von einem Quasar emittierte ultraviolette Strahlung wird durch den Wasserstoff im intergalaktischem Medium gestreut. Dies führt zu einem Signalverlust, aber die Messung der Absorptionsspektren mehreren Quasare ermöglicht eine Nachverfolgung der großräumigen Struktur. Die explizite Beziehung zwischen dem zugrunde liegenden Materiefeld (d. h., der großräumigen Struktur) und den beobachteten Quasarspektren ist jedoch äußerst komplex. "Markov chain Monte Carlo reconstruction of the large scale structure with the Lyman alpha forest", so der Titel des MCMCLYMAN-Projekts, entwickelte eine neuartige eindimensionale Technik, um das nichtlineare Dichtefeld wiederherzustellen. Man stellte eine starke Korrelation zwischen der spektralen Flussdichte und der von Materie fest. Auf diese Weise konnte das Projekt eine statistische 1:1-Beziehung zwischen den Wahrscheinlichkeitsdichten des Flusses und der Materie herstellen. Dieser neue Ansatz reduziert einige Probleme bei der Analyse der großräumigen Struktur des Universums - und zwar sowohl im (relativ) kleinen als auch im größeren Maßstab. Außerdem ermöglichten weitere neuartige Rekonstruktionsverfahren die Realisierung einer genauen Lösung, obwohl die Daten aufgrund der spärlichen Verteilung der Quasarspektren unvollständig blieben. Die Projektergebnisse verfügen über das Potenzial, den Weg zu neuen Erkenntnissen über die Evolution des frühen Universums zu bereiten.

Schlüsselbegriffe

Weltraum, Kosmologie, intergalaktisches Medium, Universum, Quasar

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