Reionisierung


In den Bereichen Urknalltheorie und Kosmologie ist Reionisierung der Prozess, der dazu führte, dass Materie im Universum nach Ablauf des „ dunklen Zeitalters “ reionisiert wurde.

Reionisation ist der zweite von zwei großen Phasenübergängen von Gas im Universum [ Zitat erforderlich ] (der erste ist Rekombination ). Während der Großteil der baryonischen Materie im Universum in Form von Wasserstoff und Helium vorliegt , bezieht sich Reionisierung normalerweise ausschließlich auf die Reionisierung von Wasserstoff , dem Element.

Es wird angenommen, dass auch das ursprüngliche Helium die gleiche Phase der Reionisationsänderungen erlebte, jedoch an unterschiedlichen Punkten in der Geschichte des Universums. Dies wird üblicherweise als Helium-Reionisierung bezeichnet .

Die erste Phasenänderung von Wasserstoff im Universum war die Rekombination , die bei einer Rotverschiebung z  = 1089 (379.000 Jahre nach dem Urknall) auftrat, aufgrund der Abkühlung des Universums bis zu dem Punkt, an dem sich die Rekombinationsrate von Elektronen und Protonen bildete neutraler Wasserstoff war höher als die Reionisationsrate . [ Zitieren erforderlich ] Das Universum war vor der Rekombination aufgrund der Streuung undurchsichtigvon Photonen (aller Wellenlängen) von freien Elektronen (und in deutlich geringerem Maße von freien Protonen), aber es wurde immer transparenter, je mehr Elektronen und Protonen sich zu neutralen Wasserstoffatomen vereinigten. Während die Elektronen von neutralem Wasserstoff Photonen einiger Wellenlängen absorbieren können, indem sie in einen angeregten Zustand aufsteigen , ist ein Universum voller neutralem Wasserstoff nur bei diesen absorbierten Wellenlängen relativ undurchsichtig, aber über den größten Teil des Spektrums transparent. Das finstere Zeitalter des Universums beginnt an diesem Punkt, weil es keine anderen Lichtquellen als die allmählich rotverschiebende kosmische Hintergrundstrahlung gab.

Der zweite Phasenwechsel fand statt, als im frühen Universum Objekte zu kondensieren begannen , die energiereich genug waren, um neutralen Wasserstoff zu reionisieren. Als diese Objekte Energie bildeten und ausstrahlten , verwandelte sich das Universum von seiner Zusammensetzung aus neutralen Atomen wieder in ein ionisiertes Plasma . Dies geschah zwischen 150 Millionen und einer Milliarde Jahren nach dem Urknall (bei einer Rotverschiebung von 6 <  z  < 20). [ Zitat erforderlich ]Zu dieser Zeit war die Materie jedoch durch die Expansion des Universums zerstreut worden, und die Streuwechselwirkungen von Photonen und Elektronen waren viel seltener als vor der Elektron-Proton-Rekombination. So war das Universum voller ionisiertem Wasserstoff geringer Dichte und blieb transparent, wie es heute der Fall ist.

Ein Blick zurück in die Geschichte des Universums bringt einige Beobachtungsherausforderungen mit sich. Es gibt jedoch einige Beobachtungsmethoden zur Untersuchung der Reionisierung.


Schematische Zeitleiste des Universums, die den Platz der Reionisierung in der kosmischen Geschichte darstellt.
Astronomen hoffen, mithilfe von Beobachtungen die Frage beantworten zu können, wie das Universum reionisiert wurde. [11]
Simuliertes Bild der ersten Sterne, 400 Myr nach dem Urknall .