James Webb stellt unser Wissen über das Universum erneut auf den Kopf: die Frage der Reionisierung

Die jüngsten Beobachtungen des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) erschüttern unsere Gewissheiten über die Chronologie des Universums. Die Reionisierungsperiode, von der angenommen wurde, dass sie etwa eine Milliarde Jahre nach dem Urknall endete, könnte viel früher abgeschlossen worden sein. Diese Entdeckung überrascht die Astrophysiker.

Die Reionisierung entspricht dem Moment, in dem die ersten Sterne begannen, ihre unmittelbare Umgebung zu verändern. Dies löste eine globale Transformation im gesamten Universum aus, die fast das gesamte vorhandene Wasserstoffgas beeinflusste. Dieser Prozess endete, als fast der gesamte Wasserstoff ionisiert war, das heißt, in Protonen und Elektronen zerlegt wurde.


In den ersten 380.000 Jahren nach dem Urknall war das Universum jedoch nur ein heißes und dichtes Plasma. Doch beim Abkühlen ermöglichte es die Bildung von neutralen Wasserstoffatomen. Etwa 100 Millionen Jahre später entstanden die ersten Sterne, die durch die Aussendung starker ultravioletter Strahlung die Reionisierung auslösten.

Diese Sterne, gigantisch und sehr hell, ionisierten schnell ihre Umgebung. Diese gewaltige Transformation des Wasserstoffs, der 75 % der Materie im Universum ausmacht, markiert das Ende der Reionisierungsperiode. Laut Julian Muñoz von der Universität Texas in Austin ist diese Phase entscheidend, da sie die Entwicklung der Galaxien grundlegend veränderte.

Die Astronomen beobachten jedoch diese Epoche nicht direkt. Sie nutzen Modelle, die auf Indikatoren wie dem Fossillicht des Urknalls, bekannt als kosmische Hintergrundstrahlung, oder spezifischen Signaturen des Wasserstoffs, wie dem Lyman-Alpha-Wald, basieren. Diese Indizien ermöglichen es ihnen abzuleiten, wann das Universum von einem neutralen zu einem ionisierten Zustand überging.

Die Ergebnisse des JWST stellen nun ein Problem für diese Modelle dar. Die Beobachtungen zeigen eine Fülle von Galaxien, die viel früher als erwartet ultraviolette Strahlung emittieren. Dies stellt die Vorstellung infrage, dass die Reionisierung etwa eine Milliarde Jahre nach dem Urknall endete. Könnte sie bereits mehrere hundert Millionen Jahre früher abgeschlossen worden sein? Das würde unser Wissen über diese Periode grundlegend verändern.


Einige Forscher, darunter Muñoz, halten diese Daten für nicht kompatibel mit anderen Beobachtungen. Es könnte sein, dass Prozesse wie die Rekombination, bei der Protonen und Elektronen sich zu neutralen Wasserstoffatomen verbinden, in den aktuellen Modellen unterschätzt werden.

Weitere Studien zur Rekombination und detailliertere Beobachtungen der Galaxien sind notwendig, um dieses Rätsel zu klären. Künftige Entdeckungen des JWST werden entscheidend sein, um diese wissenschaftliche Spannung zu lösen und diese Schlüsselperiode der kosmischen Geschichte besser zu verstehen.

Was ist die Reionisierung und warum ist sie wichtig?

Die Reionisierung ist eine Schlüsselphase in der Geschichte des Universums. Sie beginnt etwa 400 Millionen Jahre nach dem Urknall, als die ersten Sterne und Galaxien entstehen. Diese Objekte senden ultraviolette Strahlung aus, die in der Lage ist, die neutralen Wasserstoffatome in Protonen und Elektronen zu spalten. Dieser Prozess nennt sich Ionisierung.

Das Ende der Reionisierung markiert den Zeitpunkt, an dem fast der gesamte Wasserstoff im Universum ionisiert ist. Nach den klassischen Modellen hätte dieses Ereignis etwa eine Milliarde Jahre nach dem Urknall stattgefunden. Neuere Daten des James-Webb-Weltraumteleskops deuten jedoch darauf hin, dass dies früher geschehen sein könnte.

Die Reionisierung ist die letzte große Transformation des Universums. Sie beeinflusste die Entwicklung der Galaxien und die Verteilung der Materie. Sie stellt einen wichtigen Schritt dar, um die Entstehung der heutigen Strukturen des Universums, wie Galaxien und Galaxienhaufen, zu verstehen.