Der Himmel leuchtet

Das überrascht selbst die Astronomen: Der gesamte Himmel ist von einem schwachen, für unsere Augen unsichtbaren Leuchten erfüllt. Es stammt von enormen Wolken aus Wasserstoffgas, die ferne Galaxien umgeben. Entdeckt haben die Forscher diese sogenannte Lyman-Alpha-Emission erst mithilfe eines besonders sensiblen Spektrographen, denn das Glühen der diffusen Wasserstoffwolken ist extrem schwach, wie die Astronomen im Fachmagazin „Nature“ berichten.

Wasserstoff ist das Urelement unseres Universums: Schon kurz nach dem Urknall war dieses Gas präsent und bildete den Baustoff für alle Sterne und Galaxien. Bis heute sind die meisten Galaxien von Wasserstoffhüllen umgeben und auch zwischen den Sternen finden sich ausgedehnte Wolken dieses Urgases. Erkennbar ist es an der sogenannten Lyman-Alpha-Emission. Diese Strahlung wird frei, wenn Wasserstoffatome durch Energiezufuhr angeregt werden und bei Rückkehr in den Grundzustand diese Energie als UV-Strahlung mit der Wellenlänge 121,6 Nanometer abgeben.

Tiefer Blick ins Hubble Ultra Deep Field

Aber wie viel von diesem Wasserstoffgas gibt es? Und wie weit reichen die Gashüllen der Galaxien? „Bisher war nur wenig über die räumliche Verteilung dieses Gases bekannt“, erklären Lutz Wisotzki vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) und seine Kollegen. „Denn die extrem schwache Helligkeit dieser ausgedehnten Emission macht es ungeheuer schwer, sie aufzuspüren.“

Erst der sensible Spektrograf MUSE am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile macht dies nun möglich. Mit ihm durchmusterten die Astronomen das Hubble Ultra Deep Field (HUDF), ein Gebiet im Sternbild Fornax, in dem Weltraumteleskop Hubble so tief wie nie zuvor ins All hinausgeschaut hatte. In ihm liegen tausende ferner Galaxien in einem scheinbar dunklen Himmel verstreut.

Auf den ersten Blick nur dunkel und leer: Ausschnitt des Hubble Ultra Deep Field (HUDF), in dem die Astronomen das Lyman-ALpha- Leuchten entdeckt haben. © ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgment: Davide De Martin

Lyman-Leuchten – fast überall

Doch die MUSE-Daten enthüllten: Was zuvor dunkel erschien, ist in Wirklichkeit fast vollständig vom schwachen Glühen der Lyman-Alpha-Strahlung erfüllt. Die Wasserstoffhüllen der fernen Galaxien waren so ausgedehnt, dass sie fast das gesamte Sichtfeld ausfüllten. Hochgerechnet auf den gesamten Himmel bedeutet dies: „Diese Emission deckt nahe 100 Prozent des Himmels ab“, berichten die Forscher.

„Das war eine im wahrsten Sinne des Wortes augenöffnende Überraschung“, sagt Wisotzkis Kollege Kasper Borello Schmidt. Denn es sei das erste Mal, dass Astronomen diese schwache Strahlung der Gashüllen früher Galaxien sichtbar machen konnten. Und wie sich nun zeigt, reicht ihr Lyman-Alpha-Glühen viel weiter ins All hinaus als zuvor angenommen. „Das eröffnet uns ein neues Fenster zu einem wichtigen, aber zuvor unsichtbaren Anteil der kosmischen Materieverteilung“, erklären die Forscher.

Energielieferant noch unbekannt

Zwar ist dieses Wasserstoffglühen für uns nicht sichtbar, aber dafür allgegenwärtig: „Das nächste Mal, wenn Sie in den mondlosen Himmel hinaufschauen und die Sterne sehen, dann stellen Sie sich das unsichtbaren Glühen des Wasserstoffs vor: Der erste Baustein des Universums erhellt mit seinem Glühen den gesamten Nachthimmel!“, sagt Teammitglied Themiya Nanayakkara von der Universität Leiden.

Noch ist unklar, was diese fernen Wasserstoffwolken zum Glühen bringt und auch ihre genaue Verteilung ist noch unbekannt. Deshalb wollen wir künftig noch sensitivere Messungen durchführen“, sagt Wisotzki. „Wir möchten herausfinden, wie diese gigantischen Reservoire atomaren Wasserstoffs im Weltall verteilt sind.“ (Nature, 2018; doi: 10.1038/s41586-018-0564-6)

(ESO, 02.10.2018 – NPO)