Eine Studie, die kürzlich in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, liefert Beweise dafür, dass Zwerggalaxien, die etwa 100-mal kleiner als die Milchstraße sind, einen Prozess namens Reionisation ausgelöst haben, der den Verlauf der kosmischen Geschichte verändert hat. "Das Universum ist transparent geworden", sagt Hakim Atek, Forscher am Pariser Institut für Astrophysik und Hauptautor der Studie. "Dank der Reionisierung sind wir in der Lage, weit entfernte Galaxien zu sehen."
Etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall war das Universum eine heiße, dichte Mischung aus subatomaren Teilchen. Als sich der Kosmos abkühlte, verbanden sich freie Elektronen und Protonen zu einem Gas aus neutralen Wasserstoffatomen. Dann kam eine Periode der Dunkelheit. Diese dauerte an, bis das Gas an einigen Stellen kollabierte und die ersten Sterne entstanden, die ultraviolettes Licht (UV) erzeugten. Doch das restliche Gas, das das Universum füllte, absorbierte oder streute dieses Licht. Infolgedessen glich das Universum einem nebligen Wald, der mit schwachen, flackernden Glühwürmchen übersät war, aber diese Lichtquellen waren nur auf kurze Entfernung sichtbar.
Um den Weltraum durchsichtig zu machen, musste etwas dieses Gas mit starker ionisierender Strahlung bombardieren, die neutrale Wasserstoffatome in geladene Wasserstoffteilchen oder Ionen umwandelt. Die Forscher haben dabei drei mögliche "Kandidaten" identifiziert: energetische Lichtquellen, so genannte Quasare, die von superschweren schwarzen Löchern angetrieben werden, große Galaxien, die etwa so groß sind wie die Milchstraße, und schließlich winzige Zwerggalaxien. Die großen Galaxien hätten viel von ihrem eigenen UV-Licht absorbiert, sagt Claudia Scarlata, Astrophysikerin an der Universität von Minnesota. Und es gab wahrscheinlich nicht genug Quasare, um den ganzen Prozess zu erklären. Aber die Zwerggalaxien waren klein genug, dass das von ihnen erzeugte UV-Licht leicht entweichen konnte.
Beobachtungen von jüngeren Zwerggalaxien in Erdnähe deuten darauf hin, dass sie auch ionisierende Strahlung aussenden können. Es gibt jedoch keine Daten von frühen Galaxien, die dies tatsächlich bestätigen könnten, sagt James Rhoads, Astrophysiker am Goddard Space Flight Centre der NASA. Aber Zwerggalaxien aus dem Zeitalter der Reionisation sind zu klein und zu schwach, um erkannt zu werden - selbst von JWST.
Um dieses Problem zu lösen, nutzten die Forscher ein natürliches Teleskop: einen Galaxienhaufen, der etwa 1,2 Millionen Parsec von der Erde entfernt ist. Dieser Galaxienhaufen ist so riesig, dass er das Licht verzerrt, das durch ihn hindurchgeht, und alle Lichtquellen hinter dieser riesigen Gravitationslinse vergrößert. Die Autoren haben diese Linse genutzt, um acht frühe Zwerggalaxien aus der Zeit der Reionisation zu beobachten.
Die Astronomen nutzten die vom JWST gesammelten Daten, um die Wellenlängen des UV-Lichts der fraglichen Galaxien zu analysieren. So konnte das Team abschätzen, ob diese schwachen, kleinen Galaxien das Wasserstoffgas um sie herum vernichtet haben könnten. Die Forscher schätzen, dass die Zwerggalaxien zahlreich genug gewesen sein könnten, um das gesamte Universum bis zu einer Milliarde Jahre nach dem Urknall zu ionisieren, selbst wenn 5 % ihrer Strahlung in den intergalaktischen Raum entweicht.
Kleine Galaxien waren die ersten, die sich im Universum bildeten, was ein weiterer Hinweis darauf ist, dass sie hinter dem Reionisierungsprozess stehen könnten, sagt Rhoads. Jede Galaxie sendete Strahlung aus und blies praktisch transparente Blasen um sich herum, die Hohlräume in das neutrale Gas schnitten. Schließlich überlappten sich die Blasen der Galaxien und vollendeten die Umwandlung. Zwerggalaxien mögen zwar kleinere Blasen geblasen haben als Quasare und massereiche Galaxien, aber es waren diese kleinen Blasen, die dafür sorgten, dass der Reionisierungsprozess im gesamten Universum gleichmäßig ablief. Dies wiederum hatte einen großen Einfluss auf die Struktur des heutigen Universums, sagt Atek.
