Am 17. März hat sich Paul Steinhardt von seiner Lieblingstheorie verabschiedet: dem "ekpyrotischen Modell" des Universums, das der Physiker der Princeton University seit über einem Jahrzehnt favorisiert hatte. Es lieferte eine alternative Erklärung zum sonst vorherrschenden "Inflationsmodell". Dieses verlangt, dass das Universum in Bruchteilen der ersten Sekundenbruchteile nach dem Urknall schneller expandiert sei als mit Lichtgeschwindigkeit. Und das sollte wiederum Konsequenzen in Form messbarer Gravitationswellenschübe haben – Wellen, die in Steinhardts Theorie eben nicht existieren.

Im März haben Forscher in einer Pressekonferenz erklärt, genau diese Wellen beobachtet zu haben, womit sie zugleich einen ersten Blick in die allerfrüheste Kindheit unseres Universums geworfen hätten. Ein Paukenschlag: "Urknall durch Wellenbeweis in flagranti ertappt", trompetete die Titelseite der "New York Times"; "Entdeckung belegt Urknalltheorie" meinte das "Wall Street Journal". Dutzende ähnliche Schlagzeilen stießen weltweit ins gleiche Horn. Und Steinhardt trug seine Theorie zu Grabe.

Vielleicht zu früh. "Die Lage", zweifelt er heute, "hat sich geändert". Denn schon gleich nach der Veröffentlichung der Daten des BICEP2-Mikrowellen-Observatoriums am Südpol fanden einige Kosmologen die Basis der Behauptungen zweifelhaft. "Ich denke, man darf schon sagen", findet William Jones, auch er Physiker in Princeton, "dass viele von uns – mich eingeschlossen – die Schlussfolgerungen angesichts der Datenlage als deutlich überinterpretiert wahrnahmen." Charles Bennet von der Johns Hopkins University schließt sich an: "Einige der Plots in der Studie kamen mir etwas schräg vor", so der Astronom, Physiker und Forschungsleiter des Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP)-Satellitenprogramms.

Stimmen die Daten?

In den auf die Veröffentlichung folgenden zwei Monaten wurden die Zweifler immer lauter. Mehrere Gruppen sind daran gescheitert, die BICEP2-Berechnungen nachzuvollziehen. Zugegeben: Sie konnten dafür nicht auf die Originalrohdaten zurückgreifen, weil diese noch nicht veröffentlicht worden sind. Zudem fehlte den Kontrolleuren auch der "Systematics"-Abschnitt der Studie des BICEP2-Teams, in dem mögliche Fehlerquellen aufgelistet werden; ein Abschnitt, den die Gruppe versprochen hat nachzuliefern, ohne diesem Versprechen bislang allerdings nachgekommen zu sein. Auch das Paper selbst ist bisher nicht in einem Journal mit Peer-Review-Verfahren veröffentlicht, auch wenn das nun mittlerweile auf die Bahn gebracht wurde.

In der Astronomencommunity wuchsen indes die Zweifel: Zuerst nur geäußert in persönlichen Gesprächen oder Mails, dann in Blogs – wie dem von Adam Falkowski vom CNRS in Paris – und schließlich auch in Beiträgen von "Washington Post", "New Scientist", "Science News" und allerlei anderen.

Der gehörige Wirbel resultiert natürlich zunächst und vor allem aus der Tatsache, dass die Entdeckung der primordialen Gravitationswellen von erheblicher Bedeutung ist. Denn die BICEP2-Ergebnisse sind fundamental für den Nachweis der Inflation, einen Eckpfeiler der modernen Kosmologie.

Indizien für das Inflationsmodell

Das zu Grunde liegende Modell war in den 1980er Jahren entwickelt worden, um einige kosmologische Rätsel zu erklären. Eines davon ist die Tatsache, dass das Universum in allen Richtungen gleich erscheint, obwohl die entgegengesetzten Enden des sichtbaren Kosmos unter normalen Bedingungen niemals miteinander in Kontakt gewesen sein dürften, auch nicht ganz am Beginn der Entstehung des Alls. Ein anderes Rätsel ist die anscheinende Flachheit des Universums – zwei parallel verlaufende Linien würden sich in ihm auch dann nicht treffen, wenn sie den gesamten Kosmos durchziehen. Die Inflation liefert für all das die Erklärung – sie setzt dazu eine Episode superschneller Expansion voraus, die schon lange wieder vorbei war, als das Universum ein Milliardstel einer Milliardstelsekunde alt wurde.

Entwicklungsphasen des Universums
© NASA / WMAP Science Team
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Zunächst war die Inflation bloße Theorie – obwohl immerhin "keine Theorie von ähnlicher Schönheit sich jemals als falsch erwiesen hat", wie schon gleich am Anfang der Physiker Joel R. Primack von der University of California in Santa Cruz schwärmte. Mit der Zeit untermauerte eine Reihe von Messungen die Theorie, vor allem die Karte der Temperaturschwankungen der kosmischen Hintergrundstrahlung (CMB), die der Urknall uns hinterlassen hat, lieferte ein wichtiges Indiz. Klar war aber: Ein besonders überzeugender Beleg wäre die Detektion von Gravitationswellen, die von der Inflation ausgelöst wurden.

Diese Wellen – beziehungsweise ihre Auswirkungen auf den CMB – will BICEP2 gesehen haben. Inflationsbedingte Gravitationswellen sollten die Mikrowellenstrahlung durch eine als "B-Moden" bezeichnete Polarisation verzerren. Allerdings kann das Signal auch durch Mikrowellen verursacht werden, die mit Staubpartikeln in der Milchstraße oder dem Magnetfeld der Galaxie wechselwirken. Genau diese Effekte, so die Kritiker, habe das BICEP2-Team nicht sorgfältig genug ausgeschlossen. Klar sei, meint Raphael Flauger vom Institute for Advanced Study, nachdem er die BICEP2-Daten unabhängig reanalysiert hat, dass darin tatsächlich etwas erkennbar ist. Allerdings sei "schwer herauszufinden, wie viel von diesem Signal aus dem Vordergrund stammt und wie viel – wenn überhaupt – auf die Inflation zurückgeht."

Staub macht Probleme

Der womöglich am schwersten wiegende Einwand dreht sich um eine mögliche Verfälschung durch Staub. Diese Fehlerquelle ist kaum auszuschalten, weil BICEP2 ausschließlich bei einer einzigen Wellenlänge im Mikrowellenbereich misst. Daher mussten sie sich auf eine Karte der Staubverteilung beziehen, die vom Planck-Satelliten der ESA erstellt worden war. Das Gerät arbeitet ebenfalls an einer Karte des CMB, seine Daten sind aber noch veröffentlicht – weshalb das BICEP2-Team sie aus einem PDF-Dokument extrahierte, das einmal als Slide während eines Vortrags gezeigt worden war.

Signal des Urknalls?
© BICEP2 Collaboration: Detection of B-mode Polarization at Degree Angular Scales. In: arXiv 1403.3985, 2014, fig. 3
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Zwar waren auf diesem Slide tatsächlich Daten zu sehen, die einmal auch in eine spätere Veröffentlichung eingehen sollen; das macht sie allerdings noch lange nicht zu jener Sorte Rohdaten, die man für gewöhnlich als Basis formaler Analysen heranzieht. Sie weichen wohl auch von den endgültigen Staubkonzentrationsdaten ab, die das Planck-Team demnächst veröffentlichen wird. "Aber mehr stand uns nicht zur Verfügung", verteidigt sich BICEP2-Studienleiter John Kovac von der Harvard University. David Spergel von der Princeton University, der die Analyse der WMAP-Daten geleitet hatte, nennt diese Vorgehen "bizarr, ungewöhnlich und hochriskant – schließlich war das Slide nicht für solche Zwecke gedacht".

Spergel findet, das BICEP2-Team habe es zudem offensichtlich auch versäumt, einen weiteren Störfaktor der kosmischen Hintergrundstrahlung herauszurechnen: weit entfernte staubreiche Galaxien. Wenn man diese berücksichtigt, so Spergel, "reicht das vermutlich schon aus, um das gemessene Signal vollständig zu erklären. Das haben wir den Kollegen auch schon in der Woche vor ihrer Ankündigung gesagt. Untersucht haben sie das dann allerdings nicht." Seitdem habe er nichts mehr gehört – und noch in der kommenden Woche möchte er ein auf den Analysen von Flauger basierendes Paper veröffentlichen, in dem er "zeigen möchte, dass sie einem Fehler aufgesessen sind".

Kovac weist das von sich: "Wir haben unser Ergebnis nach sehr sorgfältigen Analysen präsentiert. Wir haben alle Unwägbarkeiten (die den Planck-Daten aus den Vortragsfolien innewohnen) beschrieben. Man sollte unbedingt auch berücksichtigen, dass dies nur eines von insgesamt sechs Modellen war, die die Kontamination durch Staub berücksichtigen. Natürlich stehen wir nach wie vor hinter unseren Schlussfolgerungen".

BICEP2-Gebäude
© Glenn Grant, National Science Foundation
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Am Ende muss betont werden, dass niemand die hohe fachliche Qualität des Forscherteams oder seine Geräte in Zweifel zieht – tatsächlich müssen die Ergebnisse nicht einmal unbedingt falsch sein. Allerdings, so argumentieren viele, sind sie doch wohl übertrieben dargestellt gewesen. "Wahrscheinlich haben sie sich einfach mitreißen lassen und die Daten dann überinterpretiert", glaubt Spergel. Und Bennet ergänzt, er persönlich hätte die Daten "nicht in einer Riesenpressekonferenz verkündet".

Lange wird der Streit wohl ohnehin nicht andauern. Denn schon im Frühherbst möchte das Planck-Team seine eigenen Ergebnisse über die Polarisation durch Staub veröffentlicht haben, und mindestens zehn andere Gruppen arbeiten mit Beobachtungsgeräten am Boden oder in Ballons an Polarisationsexperimenten. "Falls das Signal tatsächlich existiert, werden wir das in zwei bis drei Jahren sicher wissen", erklärt Spergel. Und trotz des heftigen Disputs über die Verlässlichkeit der BICEP2-Analyse herrscht bei beiden Parteien Einigkeit in einem Punkt: Wissenschaft funktioniert über den Austausch – wenn er auch meist etwas weniger laut und öffentlich ausgetragen wird. Nur so, findet Spergel, "wird ein Schuh daraus".

Der Artikel ist im Orginal als "Backlash to Big Bang Discovery Gathers Steam" in "Scientific American" erschienen.