Fenster in den jungen Kosmos

In der knapp drei Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie J0921+4509 entstehen pro Jahr etwa fünfzig neue Sterne. Trotz dichter Gas- und Staubwolken um die Region dieser sogenannten Starburstgalaxie kann ein Fünftel der von den jungen Sternen produzierten ionisierenden Strahlung aus der Galaxie entweichen. Das zeigen Beobachtungen eines Astronomenteams aus den USA und Brasilien mit dem Weltraumteleskop Hubble. Für die Forscher ist J0921+4509 damit ein Fenster in den jungen Kosmos: Zwischen 150 Millionen und einer Milliarde Jahren nach dem Urknall haben ganz ähnliche Sternsysteme das Gas im umliegenden Universum erneut ionisiert. J0921+4509 zeige, wie sich diese ersten Galaxien noch heute im Kosmos aufspüren lassen, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Science“.

Rund 400 000 Jahre nach dem Urknall war der Kosmos so weit abgekühlt, dass sich Elektronen und Protonen zu elektrisch neutralen Wasserstoffatomen verbinden konnten. Mit dieser Rekombination begann das „Dunkle Zeitalter“: Es gab noch keine Sterne, die das Universum erleuchten konnten. In der Dunkelheit verdichtete sich die Materie zu Protogalaxien, in denen schließlich die ersten Sterne aufleuchteten – und mit ihrer Strahlung den Wasserstoff im intergalaktischen Raum erneut ionisierten. Damit wurde der Kosmos für nahezu jede Strahlungsform durchlässig und somit durchsichtig, genau wie er sich uns heute darstellt.

Irreguläre Galaxie mit zwei hellen Verdichtungen.
Starburstgalaxie

„Die Reionisierung ist ein entscheidendes Ereignis in der kosmischen Geschichte“, erläutern Sanchayeeta Borthakur von der Johns Hopkins University in Baltimore und ihre Kollegen. „Erst, wenn wir die Ursachen der Reionisierung aufgespürt haben, können wir die damit verbundenen physikalischen Prozesse verstehen.“ Besonders rätselhaft ist bislang, wie die energiereiche, ionisierende Strahlung aus den Galaxien entkommen kann: Das dichte Gas, in das Sternentstehungsregionen eingebettet sind, sollte diese Strahlung nahezu vollständig absorbieren.

Das neutrale Wasserstoffgas in Galaxien verhindert einen direkten Blick auf die Quellen der Reionisierung. Deshalb sind die Beobachtungen von Borthakur und ihren Kollegen so wichtig: Sie zeigen anhand einer Galaxie im älteren Kosmos, wie die Ionisierung durch junge Sterne im frühen Kosmos abgelaufen sein könnte. Offenbar reißen starke Sternwinde Löcher in die umgebenden Wolken, durch die ein signifikanter Teil der ionisierenden Strahlung entweichen kann.

Die Beobachtungen können zudem dabei helfen, auch die Verursacher der Reionisierung im jungen Kosmos aufzuspüren. Borthakur und ihre Kollegen zeigen nämlich, dass bestimmte beobachtbare spektrale Eigenschaften der Galaxie mit der entweichenden ionisierenden Strahlung zusammenhängen. „Da die direkte Entdeckung der ionisierenden Strahlung nicht möglich ist“, so die Forscher, „ist dies ein extrem wertvolles Verfahren für künftige Studien.“