Bevor die ersten Sterne entstanden, war das Universum dunkel und einförmig: Selbst das frei umherschwebende Wasserstoffgas war in seiner Temperatur und seinem Energiezustand nicht von dem kosmischen Hintergrund zu unterscheiden. Doch das änderte sich, als die ersten Sterne ihre Kernfusion zündeten. Neben sichtbarem Licht ging von ihnen starke UV-Strahlung aus, die auch die primordialen Wasserstoffwolken traf. Die Wasserstoffatome absorbierten einen Teil dieser Strahlungsenergie und veränderten dadurch ihren Energiezustand. Erstmals entkoppelten sich die angeregten Atome dadurch vom kosmischen Hintergrund und erzeugten im Radiospektrum der kosmischen Hintergrundstrahlung ein eigenes, schwaches Signal. Dieses Wasserstoffsignal besteht aus einer leicht erhöhten Absorption bei einer Wellenlänge von 21 Zentimetern. “Dies ist das allererste Indiz dafür, dass sich die ersten Sterne bildeten und begannen, das Medium um sie herum zu beeinflussen”, erklärt Co-Autor Alan Rogers vom Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Signal primordialen Wasserstoffs
Doch wann es im frühen Universum soweit war, dass die ersten stellaren Lichter angingen, war bisher nur ansatzweise bekannt. Einer der Gründe dafür: Das schwache Wasserstoffsignal ist extrem schwer nachzuweisen. “Quellen von Störgeräuschen können zehntausend Mal stärker sein als dieses Signal – es ist ein wenig so, als säße man mitten in einem Hurrikan und würde versuchen, den Flügelschlag eines Kolibris zu hören”, erklärt Peter Kurczynski von der US-National Science Foundation, einem der Geldgeber für dieses Projekt. Mehr als ein Jahrzehnt haben Forscher deshalb an einem Instrument getüftelt, das so schwache primordiale Signale in der kosmischen Hintergrundstrahlung detektieren kann. Das Ergebnis ist EDGES (Experiment to Detect Global EoR Signature) – eine nur tischgroße Antenne, die mitten in der Einöde Westaustraliens steht. In diese Gegend dringen nur sehr wenige menschengemachte Radiowellen vor, was das Störrauschen für die Messungen minimiert.
Wie die Astronomen nun berichten, ist es ihnen gelungen, das bisher früheste Signal kosmischen Wasserstoffs einzufangen. Es handelt sich dabei um eine Senke in den Radiowellen des kosmischen Hintergrunds, die auf eine leicht erhöhte Absorption der Strahlung bei einer Strahlungsfrequenz von 78 Megahertz hindeutet. “Das Profil dieses Signals ist konsistent mit den Erwartungen für das 21-Zentimeter-Signal der frühesten Sterne”, berichten Judd Bowman von der Arizona State University in Tempe und seine Kollegen. Um sicherzugehen, dass es sich nicht um einen Messfehler oder ein Störsignal handelte, haben sie ihre Messungen mit einer zweiten EDGES-Antenne und mit mehreren Hardware-Veränderungen wiederholt – das Signal blieb.
