Die ersten Sterne und Galaxien im Universum waren von einem Nebel aus elektrisch neutralem Wasserstoffgas umgeben. Dieser schluckte das ultraviolette Licht der ersten Himmelskörper, wurde dadurch aber auch gleichzeitig ionisiert und damit allmählich durchsichtig für diese Strahlung. Den zeitlichen Verlauf dieser Epoche haben Astronomen nun erstmals rekonstruiert, indem sie einige der entferntesten bekannten Galaxien untersuchten. Ihr Ergebnis: Die Reionisation verlief schneller als bisher angenommen.

Mit Hilfe des Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte ESO in Chile suchte ein internationales Astronomenteam in den vergangenen drei Jahren systematisch nach Galaxien, die bereits zwischen 780 Millionen und einer Milliarde Jahren nach dem Urknall existierten. "Die Unterschiede zwischen den Galaxien verraten uns, wie sich die Bedingungen im Universum während dieser wichtigen Epoche verändert haben und auch, wie schnell diese Veränderungen vor sich gegangen sind", erläutert der Leiter des Projekts, Adriano Fontana vom italienischen INAF Osservatorio Astronomico di Roma.

Aus dem Spektrum der weit entfernten Galaxien können die Forscher nicht nur auf deren Distanz und damit auf deren Alter schließen, sondern auch auf den Anteil des ultravioletten Lichts, das damals im intergalaktischen Raum von neutralem Wasserstoff absorbiert wurde. In einer Stichprobe aus fünf Galaxien zeigte sich zwischen den am weitesten entfernten und den nächsten Objekten ein erheblicher Unterschied in der Menge des verschluckten UV-Lichts, so das Ergebnis.

"Als das Universum erst 780 Millionen Jahre alt war, gab es noch sehr viel neutralen Wasserstoff, der zwischen 10 und 50 Prozent des Volumens des gesamten Raums ausfüllte. Doch schon 200 Millionen Jahre später war die Menge des neutralen Wasserstoffs auf ein dem heutigen Wert vergleichbares Niveau abgesunken", berichtet Teammitglied Laura Pentericci vom INAF Osservatorio Astronomico di Roma. Damit sei die Reionisation schneller abgelaufen, als Astronomen bisher vermutet hatten.

Bisher ist noch nicht eindeutig geklärt, woher das ultraviolette Licht stammte, das den neutralen Wasserstoff vor rund 13 Milliarden Jahren erneut ionisierte. Wissenschaftler favorisieren als Quellen das Licht der ersten Sterngeneration sowie die intensive Strahlung, die von der aufgeheizten Materie um Schwarze Löcher ausgeht. Den neuen Beobachtungen zufolge hat vermutlich die allererste Generation von Sternen – 1000-fach jünger und 100-fach massereicher als die Sonne – zum Energieausstoß zumindest beigetragen.

Maike Pollmann