Indirekte Annäherung an die Extragalaktische Hintergrundstrahlung

Forscher nutzen das Licht weit entfernter Gammastrahlen-Quellen

Innsbruck - Die Extragalaktische Hintergrundstrahlung im infraroten bis ultravioletten Wellenlängenbereich besteht aus Lichtteilchen, die sich über die Geschichte des Universums hinweg angesammelt haben. Findet man mehr über diese Strahlung heraus, erlaubt das Rückschlüsse auf die frühe Strukturbildung und Entwicklung im Kosmos - bis zurück ans Ende des "Dunklen Zeitalters", als das Universum durchsichtig wurde. 

Astronomen haben allerdings mit dem Problem zu ringen, dass das Licht in unserem eigenen Sonnensystem und das der Milchstraße die direkte Messung dieser Hintergrundstrahlung erschweren. Ein internationales Forscherteam mit österreichischer Beteiligung konnte nun das Licht weit entfernter Gammastrahlen-Quellen für einen indirekten Nachweis nutzen, wobei sie sich auf Daten des NASA-Weltraumteleskops "Fermi" stützten. Die Ergebnisse wurden in "Science" veröffentlicht.

Der Hintergrund

Gammastrahlung, die sich von weit entfernten Lichtquellen durch die Hintergrundstrahlung bewegt, kann von dieser teilweise absorbiert und geschwächt werden. In der Verteilung der Frequenzanteile der Gammastrahlung, die auf der Erde gemessen werden kann, ergibt sich eine Verformung, deren Stärke von der Entfernung zur Strahlenquelle und der Dichte der Hintergrundstrahlung abhängt. Diesen Effekt nutzte das Team, dem auch die Astroteilchenphysiker Anita und Olaf Reimer von der Universität Innsbruck angehören, für ihre Analysen.

Um genau die Strahlungsanteile zu identifizieren, die außerhalb unserer unmittelbaren kosmischen Umgebung entstehen, braucht es allerdings viele Beobachtungen unterschiedlicher Strahlungsquellen - wie etwa aktiver Kerne von Galaxien - in unterschiedlichen Distanzen. Da das Gammalicht schon vor Antritt seines Weges durch das Universum durch die Quelle selbst beeinflusst werden kann, mussten die Forscher genau wissen, wo sie hinschauen. Sie richteten daher Fermis "Large Area Telescope" (LAT) auf etwa 150 Objekte in drei unterschiedlich weit entfernten Regionen des Kosmos. "Für unsere Analysen brauchen wir natürlich eine Sensitivität in dem passenden Energiebereich, die LAT nun liefert", so Reimer.

Mit der neuen Methode konnte gezeigt werden, dass das Gammaspektrum aktiver naher Galaxienkerne im für das LAT sensitiven Energiebereich nicht durch Absorption in der Hintergrundstrahlung verändert wird. Auch im Bereich niedrigerer Gamma-Energien zeigen die Spektren insgesamt keine Absorption, egal, wie weit die Strahlenquelle entfernt ist. Diese Strahlungsanteile kommen demnach ausschließlich von den jeweiligen Quellen selbst. In den hochenergetischen Bereichen des Spektrums trat bei weiter entfernten Quellen jedoch die Absorption auf, die auf die Überlagerung mit dem Hintergrundlicht zurückzuführen ist. Die Dichte der Hintergrundstrahlung konnte also eingegrenzt werden, verfeinert auf die kleinstmögliche bekannte Strahlungsdichte.

Rückschlüsse

Das ermögliche auch verbesserte Aussagen über längst vergangene Zustände. Reimer: "Wir können die Strukturbildung, angefangen mit der Entstehung der ersten Sterne, einschränken, da sie einen gewissen Fingerabdruck in dem Hintergrundlicht hinterlassen haben". Die neuen Erkenntnisse würden Modelle unterstützen, die davon ausgehen, dass sich die ersten Generationen von Sternen nicht später als ungefähr 500 Millionen Jahre nach dem Urknall entwickelt haben. Ihr Auftreten markierte im Universum das Ende des sogenannten "Dunklen Zeitalters", als das intergalaktische Gas durch das UV-Licht der ersten Sterne ionisiert wurde. (APA/red, derStandard.at, 4. 11. 2012)

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