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News: Hintergrundstrahlung im Rampenlicht

Die Erforschung der kosmischen Hintergrundstrahlung hat einen neuen Höhepunkt erreicht. Mithilfe empfindlicher Instrumente konnte nun ihre Polarisation nachgewiesen - und damit indirekt das kosmologische Standardmodell bestätigt werden.
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Die kosmische Hintergrundstrahlung - oder das "Echo des Urknalls", wie sie gerne bezeichnet wird - ist ein Relikt aus der Frühzeit des Universums. Kurz nach dem Anfang aller Dinge konnten lediglich freie Elektronen und Protonen existieren, die erst mit der Ausdehnung des Kosmos und dem Absinken der Temperaturen kollidierten und zu Wasserstoffatomen wurden. Rund 400 000 Jahre nach dem Urknall war dieser Prozess abgeschlossen. Der Kosmos wurde für Photonen durchlässig - also auch durchsichtig.

Was blieb, war die Hintergrundstrahlung. Heute, 13 bis 14 Milliarden Jahre später, hat sie sich so weit ausgedehnt und so sehr abgekühlt, dass sie nur noch im Mikrowellenbereich messbar ist und eine mittlere Temperatur von 2,728 Kelvin aufweist.

In den letzten Jahren hat es bei der Erforschung der kosmischen Hintergrundstrahlung immer wieder Durchbrüche gegeben, so konnten Forscher mithilfe neuester Teleskope nachweisen, dass die in Raum und Zeit gestreckte Mikrowellenstrahlung keineswegs so homogen ist, wie sie immer schien, sondern winzige Schwankungen der Intensität aufweist. Diese zufälligen Veränderungen in der Verteilung der Materie verstärkten sich im Laufe der Zeit infolge der Gravitation und führten schließlich zur Bildung von Galaxien, Sternen und Planeten.

Diese feinen Muster sind Ausdruck der Symmetriebrechung und damit wichtige Unterstützung des kosmologischen Standardmodells, wonach mit oder unmittelbar nach dem Urknall winzige Ungleichgewichte dazu führten, dass die Materie nicht vollkommen gleichmäßig verteilt war, sondern akkumulieren konnte.

Jetzt hat das Standardmodell eine weitere Hürde genommen, denn es fordert auch, dass ein winziger Anteil der kosmischen Hintergrundstrahlung infolge der Wechselwirkung der Photonen mit Protonen und Elektronen polarisiert sein müsste. Mithilfe des hoch auflösenden Degree Angular Scale Interferometer (DASI) der antarktischen Admundsen-Scott South Pole Station ist es zwei Arbeitsgruppen unter der Leitung von Erik Leitch und John Kovac von der University of Chicago nun gelungen, diese bisher nicht nachweisbaren richtungsabhängigen Anteile der Hintergrundstrahlung nachzuweisen.

Schon im September hatten die Forscher ihre Ergebnisse im erlesenen Kollegenkreis vorgestellt, jetzt hielt das Fachblatt Nature gleich 25 Seiten dafür bereit und Science kürte die Arbeiten prompt zu den Top Ten Research Advances of 2002.

"Alles in allem haben die Kollegen nicht nur die Polarisation nachgewiesen, die zudem exakt den theoretischen Vorhersagen genügt", berichtet Kovac. "Das Signal passt auch hinsichtlich anderer Parameter in das kosmologische Standardmodell."

So stützt der Baustein Polarisation ein ganzes Gerüst theoretischer Vorstellungen, nach denen etwa das Universum im wesentlichen aus dunkler Materie besteht und die dunkle Energie für dessen ewige Ausdehnung sorgt. Der Nachweis der polarisierten kosmischen Hintergrundstrahlung eröffnet somit der Erforschung der kosmischen Anfänge vollkommen neue Türen.

So könnte schon bald auch die Theorie des inflationären Universums auf dem Prüfstand stehen, wonach dessen größte Ausdehnung innerhalb von Sekundenbruchteilen nach dem Urknall erfolgte. Ist dem so gewesen, dann müsste sich dies gleichfalls in einem ganz bestimmten Polarisationsmuster zeigen. Noch sind die Instrumente für dessen Nachweis zu schwach, aber das ist lediglich eine Frage der Zeit.

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