Samstag, 12. November 2011

Urzeitliche Gaswolken im frühsten Universum belegen kosmologisches Standardmodell

Simulation der Gasströme, die das Wachstum einer Galaxie fördern. Die nun neu entdeckten Gaswolken könnten Teil derartig "kalten Ströme" sein. | Copyright: Ceverino, Dekel, and Primack

Santa Cruz/ USA - Zum ersten Mal haben Astronomen ursprüngliche Wolken urzeitlicher Gase entdeckt, wie sie in den ersten Minuten nach dem Urknall entstanden sind. Die Zusammensetzung der Gase deckt sich mit deren theoretischen Vorhersagen und stützt damit die Vorstellung des modernen kosmologischen Standardmodells über die Entstehung der Elemente im Universum.

Dieses Modell sieht vor, dass während des Urknalls zunächst nur die leichtesten Elemente und damit vornehmlich Wasserstoff und Helium entstanden waren. Danach sollen mehrere hundert Millionen Jahre vergangenen sein, bevor Klumpen dieser urzeitlichen Gase zu den ersten Sternen kondensierten, in welchen dann auch schwerere Elemente erzeugt wurden.

Bis heute hatten Astronomen, ganz gleich wo im Universum sie auch suchten, immer nur schwerere "Metalle" als Wasserstoff und Helium finden können. "Es ist das erste Mal, dass wir derart ursprüngliche Gase finden konnten, die nicht von schweren Elementen aus bereits entstandenen Sternen kontaminiert waren", erläutert J. Xavier Prochaska, Professor für Astronomie und Asrophysik an der J. Xavier Prochaska von der University of California in Santa Cruz (UCSC). Gemeinsam mit seiner Kollegin Michele Fumagalli und ihrem Koautor John O'Meara vom "Saint Michael's College" in Vermont hat Prochaska die Entdeckung aktuell im Fachmagazin "Science" veröffentlicht.

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"Die Abwesenheit der schwereren Elemente belegt die Ursprünglichkeit des Gases" erläutert Fumagalli. "Das ist wirklich sehr aufregend, weil es sich um den ersten Beweis handelt, der voll und ganz mit den Vorhersagen der Urknalltheorie über die Zusammensetzung des urzeitlichen Gases übereinstimmt."

Die beiden Wolken entdeckten die Forscher während der Analyse von Licht entfernter Quasare mit dem HIRES-Spektrometer des "Keck I Telescope" am "W. M. Keck Observatory" auf Hawaii. Durch die Streuung des hellen Lichts eines fernen Quasars in das Spektrum unterschiedlicher Wellenlängen, können Wissenschaftler erkennen, welche Wellenlängen von Material zwischen dem Quasar und dem Teleskop absorbiert werden.

Jedes Element weist dabei einen einzigartigen spektralen Fingerabdruck auf und in den untersuchten Wolken zeigte sich nur die Signatur von Wasserstoff und dessen schweren Isotop Deuterium. Während das Spektroskop nicht auf die Identifikation von Helium ausgelegt war, hätte es jedoch die Anwesenheit von Kohlenstoff, Sauerstoff und Silizium eindeutig aufgezeigt – "aber alle diese Elemente sind einfach nicht vorhanden. Wir sind uns sicher, dass wir Helium nachweisen könnten, wenn das Instrument dafür ausgerichtet wäre", so Proschaska.

Vor dieser Entdeckung, lag der niedrigste bekannte Gehalt an schweren Elementen im Universum bei rund einem Tausendstel der sogenannten Metallizität, also der Häufigkeit schwerer Elementen in Sternen und kosmischen Gaswolken, der Sonne. "Viele Wissenschafter gingen deshalb bislang auch davon aus, dass es sich dabei sozusagen um die überall vorhandene Mindestmenge handele, da die "Metalle" so weit im Universum verteilt sind. "Unsere Entdeckung war also eine wirklich Überraschung und fordert unsere Vorstellungen und Ideen darüber heraus, wie die "Metalle" von den Sternen, in denen sie entstehen, verbreitet werden", so Fumagalli

Die nun entdeckte Metallizität der ursprünglichen Gase schätzen die Forscher auf ein Zehntausendstel jener der Sonne. Im Vergleich dazu weisen Sterne und Gase mit der höchsten bekannten Metallizität das bis zu Zehnfache unserer Sonne auf.

Anhand der Entfernung und der spektrografischen Analyse vermuten die Wissenschaftler, dass die untersuchten Gaswolken selbst schon etwa zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall existierten, also rund 12 Milliarden Jahre alt sind.

Derzeit sagen die theoretischen Modelle voraus, dass Galaxien dadurch wachsen, in dem sie gewaltige Ströme kalter Gase regelrecht einsaugen. Bislang konnten diese "kalten Ströme" jedoch noch nie beobachtet geschweige denn abgebildet werden. Laut Fumagalli handelt es sich bei den nun entdeckten ursprünglichen Gasen um potentielle Kandidaten für genau diesen Prozess. Weitere Studien sind jedoch notwendig, um zu überprüfen, ob diese Wolken auch tatsächlich mit Galaxien in Verbindung stehen

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Quellen: grenzwissenschaft-aktuell.de / ucsc.edu
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