Radiobeobachtungen liefern Hinweise auf erste Sterne nach dem Urknall
Westford (USA) - Bereits 180 Millionen Jahre nach dem Urknall bildeten sich die ersten Sterne – aber das von ihrer Strahlung durchleuchtete Wasserstoffgas war deutlich kälter als vom kosmologischen Standardmodell vorhergesagt. Das zeigen Beobachtungen der kosmischen Hintergrundstrahlung mit einer speziellen Radioantenne in Australien durch ein internationales Forscherteam. Die geringe Temperatur des Wasserstoffs lasse sich nur durch eine bislang unbekannte Wechselwirkung normaler Materie mit Dunkler Materie erklären, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.
„Wir haben das erste echte Signal der Entstehung von Sternen nach dem Urknall aufgespürt“, sagt Alan Rogers vom Haystack Observatory in den USA, einer der beteiligten Astronomen. „Die Strahlung dieser ersten Sterne macht zugleich den Wasserstoff in ihrer Umgebung sichtbar.“ Denn sie verändert den Zustand des neutralen Wasserstoffs so, dass dieses Gas einen Teil der beim Urknall entstandenen kosmischen Hintergrundstrahlung absorbieren kann.
Genau diese Absorption haben Rogers und seine Kollegen jetzt mit dem EDGES-Experiment in Australien aufgespürt. Das Signal zeige, so die Forscher, dass die ersten Sterne etwa 180 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden sind. Das ist in guter Übereinstimmung mit theoretischen Vorhersagen im Rahmen des kosmologischen Standardmodells. In diesem Modell macht die normale Materie, aus der Sterne und Planeten bestehen, nur einen kleinen Teil von knapp fünf Prozent der Masse und Energie des Kosmos aus, der Rest entfällt auf die Dunkle Materie und die Dunkle Energie.
Überraschend ist dagegen die Stärke des aufgespürten Signals: Es ist zwei- bis dreimal stärker als selbst nach den optimistischsten Vorhersagen. Nach Ansicht von Rogers und seinen Kollegen lässt sich diese Diskrepanz nur dadurch erklären, dass das absorbierende Wasserstoffgas deutlich kälter ist als vom Standardmodell vorhergesagt. Lediglich eine vom Standardmodell nicht erfasste Wechselwirkung zwischen der Dunklen und der normalen Materie könne eine solche niedrige Temperatur erklären, so die Forscher.
In einer unabhängigen Analyse bestätigt Rennan Barkana von der Universität Tel Aviv in Israel diesen Erklärungsansatz. Allerdings müsse die Dunkle Materie dann aus Teilchen bestehen, die eine wesentlich geringere Masse besitzen als bislang angenommen. „Die Teilchen können nicht schwerer sein als einige Protonenmassen“, so der Forscher, „und das ist erheblich weniger als die allgemein vermutete Masse schwach wechselwirkender Teilchen.“ Solche „WIMPs“ gelten bislang als die besten Kandidaten für die Dunkle Materie. Zudem müssten die Teilchen sich relativ langsam – mit Geschwindigkeiten weit unter der Lichtgeschwindigkeit – bewegen. Die Entdeckung von Rogers und seinen Kollegen könnte also – wenn sie durch weitere Experimente unabhängig bestätigt wird – ein neues Fenster zur Untersuchung der mysteriösen Dunklen Materie aufstoßen.
Bildquelle: N.R.Fuller, National Science Foundation
