CHIME misst kosmischen Wasserstoff ohne Galaxienkarten – Hilfe für Dunkle Energie

Ein internationales Forschungsteam hat gezeigt, dass das Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) die Strahlung von neutralem Wasserstoff im Universum direkt messen kann, ohne die Daten mit Galaxienkarten abzugleichen. Das Ergebnis, das in zwei kürzlich veröffentlichten Studien beschrieben wird, gilt als wichtiger Schritt zum Verständnis der Dunklen Energie, die als Ursache der beschleunigten Expansion des Universums gilt.

Warum der bisherige Ansatz teuer war

CHIME erfasst das gesammelte Wasserstoffsignal aus verschiedenen Richtungen und Entfernungen. Ein starkes Signal deutet auf viele Galaxien hin, ein schwaches auf wenige. Doch das Instrument registriert auch Störungen von der Erde und das Hintergrundrauschen der Milchstraße. Um sicherzugehen, dass tatsächlich Galaxien abgebildet wurden, mussten die Daten mit Karten anderer Teleskope verglichen werden, was aufwendig und teuer war. Die Autoren haben die Software so verändert, dass dieser Schritt entfällt.

Warum Wasserstoff

Etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall kühlte die Materie so weit ab, dass Druckwellen im dichten, heißen Urgas gewissermaßen „einfroren“. Sie hinterließen einen Abdruck von rund 500 Millionen Lichtjahren Größe, in dem Materie eher verklumpt ist. Verfolgt man, wie sich die scheinbare Größe dieses Abdrucks mit der Entfernung ändert, lässt sich ablesen, wie das Universum expandiert und welche Energie dahintersteckt. Da verklumpte Materie viel Wasserstoff enthält, eignet sich dieses Element ideal zur Messung.

Wie es weitergeht

Das Team wertete 94 Beobachtungsnächte aus dem Jahr 2019 aus. Die Ergebnisse stimmen mit dem kosmologischen Standardmodell überein, die Methode scheint also zu funktionieren. Um die zeitliche Entwicklung der Dunklen Energie zu untersuchen, reicht das jedoch nicht aus. Dafür sollen nun die sieben Jahre an CHIME-Daten genutzt werden.

Dabei geht es um drei Szenarien: eine ewige Expansion, einen Big Rip, bei dem immer stärkere Dunkle Energie erst Galaxienhaufen, dann Galaxien, Sterne, Planeten und schließlich Atome zerreißen würde, oder einen Big Crunch, bei dem die Dunkle Energie nachlässt und das Universum kollabiert. Welches eintritt, lässt sich derzeit nicht sagen. Die neue Methode liefert Astronomen aber einen günstigeren Weg, es herauszufinden.