Vom ersten Licht zur Reionisierung

Die Epoche der Reionisierung steht im Zusammenhang mit vielen offenen Fragen der Astrophysik, etwa die Eigenschaften der ersten Galaxien, die Ionisierung des kosmischen Gases und die Bildung von metallarmen Sternen. Den Prozess aufzudecken, wird weitreichende Auswirkungen auf das Studium der Entwicklung der Struktur im frühen Universum haben.

Derzeit laufen viele Beobachtungen, um die physikalischen Prozesse, die diese Epoche ausgelöst und die nachfolgende Strukturbildung beherrscht haben, zu verstehen. Aber, die Unterstützung der Beobachtungen für die vorgeschlagenen Szenarien ist immer noch sehr selten.

Wissenschaftler, die am EU-finanzierten Projekt PROFESSOR (The sources of reionization) arbeiten, verfolgten einen neuen numerischen Ansatz, um den Reionisierungsprozess zu simulieren. Die Simulationen folgten der Gasbildung in den ersten Galaxien und der Bildung von metallarmen Sternen in diesen.

Diese Objekte emittierten UV-Strahlung, die ionisierte Regionen um sie herum herausschnitzte. Nachdem sich eine ausreichende Anzahl von ionisierenden Quellen gebildet hatte, war der Wasserstoff im Universum vollständig ionisiert. Die Wissenschaftler verwendeten den TRAPHIC-Code (transport of photons in cones), um die Ausbreitung von ionisierender Strahlung zu simulieren.

TRAPHIC wurde für hydrodynamische Strahlungssimulationen eingesetzt, die Strahlung über einen großen Bereich von Skalen und eine große Anzahl von ionisierenden Quellen nachverfolgen. Die Simulationen wurden auf dem Supercomputer SuperMUC am Leibniz-Rechenzentrum in Garching ausgeführt.

Die Durchführung einiger der bisher größten und detailliertesten Simulationen von Reionisierungen enthüllte entscheidende physikalische Prozesse, die die Bildung von Galaxien und die Entwicklung der Reionisierung beeinflusst hat. Die Ergebnisse des PROFESSOR-Projekts sollen zur Konzeption der künftigen Beobachtungskampagnen und der Interpretation der gesammelten Daten beitragen.