Mangel an schweren Elementen verrät ursprünglichen Zustand Kosmische Gaswolken bestätigen Urknall-Theorie - scinexx | Das Wissensmagazin
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Kosmische Gaswolken bestätigen Urknall-Theorie

Mangel an schweren Elementen verrät ursprünglichen Zustand

Computersimulation zeigt Gasfilamente im Umfeld von Galaxien © Simulation by Ceverino, Dekel & Pr

Astronomen haben erstmals zwei kosmische Gaswolken entdeckt, die schon wenige Minuten nach dem Urknall entstanden sein müssen. Die Wolken bestehen nur aus leichten Elementen wie Wasserstoff und Helium. Schwerere Elemente wie Sauerstoff oder Kohlenstoff fehlen. Dieser Mangel an schweren Elementen sei ein Hinweis auf die sehr ursprüngliche Zusammensetzung dieses Gases, berichten die Forscher im Fachmagazin „Science“. Die zwölf Milliarden Lichtjahre entfernten Wolken hätten den Zustand des Universums unmittelbar nach dem Urknall unverändert konserviert.

„Diese Beobachtung belegt erstmals, dass die von der Urknall-Theorie vorhergesagte Zusammensetzung des frühen Universums stimmt“, sagt Erstautor Michele Fumagalli von der University of California in Santa Cruz. Nach gängiger Theorie entstanden beim Urknall nur die drei leichtesten bekannten Elemente: Wasserstoff, Helium und Lithium. Alle anderen Atomsorten wurden erst später im Inneren von Sternen erzeugt.

Erstmals habe man nun kosmisches Gas entdeckt, das aus dieser ersten Phase der kosmischen Entwicklung stamme. „Wir haben sorgfältig nach Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff und Silizium gesucht – den Stoffen, die auf der Erde und Sonne häufig sind“, sagt Fumagalli. Aber man habe keine Spuren dieser Elemente nachweisen können – nur Wasserstoff und Deuterium, schweren Wasserstoff.

In so einem Gasfilament könnten die beiden urtümlichen Gaswolken liegen, die jetzt entdeckt worden sind. © Simulation by Ceverino, Dekel & Primack

Elemente im Kosmos sind unerwartet ungleichmäßig verteilt

Nach Angaben der Astronomen enthüllt die Entdeckung der beiden ursprünglichen Gaswolken, wie ungleichmäßig die Elemente im Universum verteilt sind. „Bisher dachte man, dass es überall im Kosmos einen Mindestgehalt an schweren Elementen gibt“, sagt Fumagalli. Denn die Atome, die von den zahlreichen Sternen erzeugt wurden, sollten sich nahezu im gesamten Kosmos verteilt haben.

Umso unerwarteter sei der Fund dieser beiden von schweren Elementen unberührten Gaswolken. „Das zeigt, dass die Konzentration schwerer Elemente in verschiedenen Gegenden des Kosmos enorm unterschiedlich ist“, sagt Mitautor Xavier Prochaska, ebenfalls von der University of California in Santa Cruz. Der Transport von Atomen aus den sternenreichen Galaxien in ihre Umgebung sei demnach viel uneinheitlicher als bisher angenommen.

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Licht eines Quasars verriet Gaszusammensetzung

Entdeckt haben die Astronomen die beiden weit entfernten Gaswolken mit Hilfe eines Quasars. Das extrem helle Licht dieses kosmischen Objekts durchstrahlte die dunklen, kühlen Gaswolken auf seinem Weg zur Erde. Dabei schluckten die im Gas vorhandenen Elemente bestimmte Wellenlängen des Lichts und hinterließen so in ihm ein charakteristisches Signal.

Das Quasarlicht fingen die Forscher mit dem Zehn-Meter-Teleskop des W. M. Keck Observatoriums auf Hawaii ein und analysierten seine Zusammensetzung. „Im Spektrum dieses Lichts können wir dort sogenannte Absorptionslinien sehen, wo das Gas Anteile des Lichts geschluckt hat“, sagt Fumagalli. Solche Linien habe man für Wasserstoff und seine schwere Variante Deuterium gefunden.

Helium lasse sich mit dem genutzten Verfahren nicht nachweisen, sagen die Forscher. Aber man gehe davon aus, dass es in den Wolken ebenfalls vorhanden sei. Denn der Urknall-Theorie nach sei auch dieses leichte Element bereits in der Frühzeit des Universums gebildet worden. „Wir haben aber eine exzellente Sensitivität für Kohlenstoff, Sauerstoff und Silizium – und diese Elemente waren komplett abwesend“, sagt der Astronom. (Science, 2011; doi: 10.1126/science.1213581)

(Science / dapd, 11.11.2011 – NPO)

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