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Lexikon der Astronomie: Drei-Kelvin-Strahlung

Eine alternative Bezeichnung für die kosmische Hintergrundstrahlung. 1965 stellten A.A. Penzias und R.W. Wilson fest, das aus dem Weltraum eine gleichmäßig in alle Raumrichtungen verteilte (isotrope) elektromagnetische Strahlung im Bereich der Mikrowellen zu detektieren ist.

Viele Wellenlängen, aber eine Temperatur

Diese Strahlungsverteilung entspricht einer exakten Planck-Kurve. Damit kann sie einem Schwarzen Strahler (Wärmestrahler) mit einer bestimmten Temperatur zugeordnet werden: Sie beträgt 2.7 Kelvin, also fast drei Kelvin, was den Namen 3K-Strahlung rechtfertigt. Die Messung wurde so interpretiert, dass sie nicht irdischen, sondern kosmischen Ursprungs sei.

Relikt des heißen Urknalls

1929 gelang den amerikanischen Astronomen Vesto Melvin Slipher und Edwin Powell Hubble die Messung der Fluchtbewegung einiger Galaxien. Dieser so genannte Hubble-Effekt untermauert daher die These eines expandierenden Universums. Diese Beobachtung an Galaxien und die isotrope Drei-Kelvin-Strahlung sind die beiden gewichtigsten Argumente für den heißen Urknall (siehe dort für sämtliche Belege des Urknalls). Gemäß dieser Interpretation wurde die Drei-Kelvin-Strahlung vom expandierenden Feuerball emittiert, dem jungen, heißen Universum, als die Strahlung von der Materie entkoppelte. Dies geschah bei einer kosmologischen Rotverschiebung von z ~ 1100 und wird Rekombinationsära in der Kosmologie genannt. Mit der weiteren Expansion des Universums kühlte der Feuerball aus und erreichte schließlich die im lokalen Universum (z = 0) beobachtbare Temperatur von knapp drei Kelvin. Die sich ausdehnende Raumzeit kühlte die anfangs heiße Urstrahlung auf fast den absoluten Nullpunkt ab.

Klarer Fall von Gammel-Licht

Eine kosmologische Rotverschiebung von etwa 1100 entspricht einer Epoche von etwa 400000 Jahren nach den Urknall. Damit ist die die kosmische Hintergrundstrahlung das älteste Signal, das Menschen jemals aufgezeichnet haben!

Substruktur in der 3K-Strahlung

Mittlerweile wurden die Beobachtungsmethoden verfeinert: die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (engl. cosmic microwave background radiation, CMBR) wurde mit Ballonen (BOOMERANG, MAXIMA) und Satelliten (COBE, WMAP, ab 2008: PLANCK) beobachtet. Dabei stellte sich heraus, dass die Verteilung geringfügige Anisotropien auf der Skala von einigen Mikrokelvin (10-6 Kelvin) aufweist. Diese wurden so interpretiert, das der Hintergrundstrahlung bereits erste Informationen von jungen Galaxien aufgeprägt wurden. Sie machen sich als Temperaturfluktuation in der Verteilung der Hintergrundstrahlung am Himmel bemerkbar. Weitere Einzelheiten werden im Eintrag Hintergrundstrahlung vorgestellt.

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  • Die Autoren
- Dr. Andreas Müller, München

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