D5 Ursprüngliche Nukleosynthese

Thema

Das zentrale Element dieses Modells ist die ursprüngliche Häufigkeit von Deuterium, dem häufigsten Heliumelement (mit vier Nukleonen im Kern) und dem schweren Lithiumelement (mit sieben Nukleonen im Kern). Diese Werte wurden durch die Nukleosynthese des Urknalls vorhergesagt und in Objekten mit möglichst geringer stellarer Verunreinigung gemessen.

Das wichtigste Instrument für diese Messung ist ein Satz extrem hochauflösender Spektrographen, die an Riesenteleskope mit acht bis zehn Metern Apertur angebracht sind. Diese Teleskope beobachten absorbierende Systeme mit sehr geringer Metallizität in den Spektren ferner Quasare. Dort erscheint die Deuteriumlinie durch eine geringe Geschwindigkeitsverschiebung von der Wasserstofflinie getrennt.

Dieses Verhältnis zwischen Deuterium und Wasserstoff bestimmt direkt die baryonische Dichte des frühen Universums. Die bemerkenswerteste Eigenschaft dieser Spektrographen ist die Kombination aus extrem hoher spektraler Auflösung, die für die klare Trennung der beiden Linien notwendig ist, und der Lichtsammelleistung eines Teleskops mit großer Apertur. Diese ist erforderlich, um innerhalb einer angemessenen Belichtungszeit genügend Photonen von solch lichtschwachen und weit entfernten Quasaren zu sammeln. Ein spezielles Gitterdesign spaltet das Licht in Dutzende überlappender Beugungsordnungen auf und erfasst so die gesamte Spektralinformation in einer einzigen Belichtung. Die Messung dieses Verhältnisses mit einer Genauigkeit von einem Prozent ist derzeit einer der präzisesten Tests für das Standardmodell des Urknalls: Jede anhaltende Abweichung in dieser Messung würde auf neue Physik in den ersten Minuten des Universums hindeuten. Von den primordialen Häufigkeiten, mit denen dieses Dokument beginnt, bis hin zu jenem präzisen Test des Standardmodells, mit dem es endet – über hochauflösende Spektrographen und das Verhältnis von Deuterium zu Wasserstoff –, bedeutet die in Quasaren gemessene primordiale Nukleosynthese, dass wenige Spektrallinien, nur minimal voneinander getrennt, letztendlich die Physik der ersten Minuten des gesamten Universums untersuchen.

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