Reionisierung

Reionisierung ist der kosmische Prozess, bei dem das Intergalaktische Medium von neutralem Wasserstoff zu ionisiertem Gas wird. Nach dem Zeitraum der Rekombination blieb das Universum zunächst neutral; mit der Bildung der ersten Sterne, Galaxien und Quasaren begann die Ionisation. Die Wasserstoff-Reionisierung wird im Allgemeinen auf den Zeitraum von z ca. 6 bis 9 datiert und dauerte mehrere hundert Millionen Jahre. Helium erfuhr eine spätere Phase der Reionisierung, etwa bei z ca. 3.

Die Treiber sind UV-Strahlung aus Sternen, Galaxien und Quasaren. Photonen über 13,6 eV ionisieren Wasserstoff, Photonen über 24,6 eV Helium. Der Prozess verläuft ungleichmäßig: Ionisierte Blasen wachsen und verschmelzen, bis der Großteil des IGM durchdrungen ist. Die Reionisierung beeinflusst die Thermodynamik des IGM und die Sichtbarkeit junger Galaxien.

Beobachtungen liefern Indizien: Quasar-Spektren zeigen den Gunn-Peterson-Effekt, der ab z ≈ 6–7 den Anstieg des neutralen Wasserstoffs anzeigt. Aus der Polarisation der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung ergibt sich eine integrierte Elektronenbahnoptische Tiefe τ, die Hinweise auf Beginn und Dauer der Reionisierung gibt. Zukünftige 21-cm-Beobachtungen zielen darauf ab, dreidimensionale Karten der EoR zu liefern (HERA, LOFAR, MWA; SKA geplant).

Theoretisch wird Reionisierung mit Radiative-Transfer-Simulationen, halb- analytischen Modellen und großen kosmologischen Simulationen untersucht, um die Entwicklung der Lichtquellen, den Aufbau eines UV-Hintergrunds und die Perkolation der Ionisierungsblasen zu verstehen. Reionisierung ist ein zentraler Schritt in der kosmischen Strukturentwicklung.