Neueste Fortschritte in der Radioastronomie könnten bald die dunklen Zeitalter des Universums erhellen, eine Periode vor dem Erscheinen der ersten Sterne und Galaxien. Traditionelle Teleskope haben Schwierigkeiten, diese schwer fassbare Epoche zu beobachten, aber innovative Radioteleskop-Arrays stehen bereit, um wichtige Erkenntnisse zu liefern.
Wissenschaftler haben sich lange auf Einsteins allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechanik gestützt, um kosmische Phänomene zu verstehen, doch Rätsel wie Dunkle Materie und Dunkle Energie bleiben weitgehend ungelöst. Der kosmische Mikrowellenhintergrund (CMB), das Nachglühen des Urknalls, hat eine Grundlage für das Verständnis der Evolution des Universums über 13,8 Milliarden Jahre geliefert.
Die kosmischen dunklen Zeitalter, die etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall bis zum Erscheinen der ersten Sterne andauerten, sind durch einen Mangel an Licht gekennzeichnet. Theoretische Modelle deuten darauf hin, dass die ersten Sterne zwischen 100 Millionen und 400 Millionen Jahren nach dem Urknall entstanden, wodurch diese dunkle Periode endete.
Neue Observatorien, darunter das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST), haben begonnen, in dieses frühe Universum zu blicken und Galaxien aus einer Zeit zu enthüllen, als das Universum nur 330 Millionen Jahre alt war. Das JWST hat jedoch noch kein Licht von den allerersten Sternen detektiert.
Ein vielversprechender neuer Ansatz besteht darin, das 21-cm-Signal von Wasserstoffatomen zu messen, das eine dreidimensionale Karte des frühen Universums liefern kann. Dieses Signal resultiert aus der Spin-Flip-Transition von Wasserstoffatomen und wird vom umgebenden Umfeld beeinflusst, einschließlich der Strahlung der ersten Sterne und Schwarzer Löcher.
Experimente wie das Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) und das MeerKAT-Array haben erfolgreich das 21-cm-Signal aus nahegelegenem neutralem Gas detektiert. Das Signal der ersten Sterne ist aufgrund der kosmischen Expansion rotverschoben, was die Beobachtung erschwert, da es von stärkeren Emissionen anderer Quellen überlagert wird.
Forscher verwenden zwei Hauptmethoden, um dieses schwache Signal zu detektieren: globale Messungen von einzelnen Antennen und räumliche Fluktuationen mithilfe großer Interferometerarrays. Das Square Kilometer Array (SKA), das derzeit im Bau ist, soll eine detaillierte tomographische Untersuchung von neutralem Wasserstoff im frühen Universum bieten.
Zukünftige Vorschläge für Radioarrays auf der Rückseite des Mondes könnten unsere Fähigkeit zur Detektion dieses Signals weiter verbessern, da sie von terrestrischen Störungen befreit sind. Während die Wissenschaftler weiterhin ihre Techniken verfeinern, rückt das Potenzial, die Ursprünge der ersten Sterne und Galaxien des Universums zu entdecken, näher.