Kosmische Glockenkurve scheint verbogen

News: Kosmische Glockenkurve scheint verbogen

Nichts ist größer als das Universum, nichts wächst schneller als der Raum. Nur eines kann diese Superlative noch übertrumpfen, so scheint es: die wachsende Verblüffung der Astronomen angesichts ihrer eigenen Beobachtungen. Einige Teams haben nun eine eigentlich längst abgeschlossene Frage wieder aufgebracht: War die Materieverteilung im jungen Universum tatsächlich zufällig? Ihre Beobachtung geben Anlaß zu der Vermutung, daß kleine Schwankungen, die wir heute als Sterne oder Galaxien im sonst einigermaßen homogenen Raum sehen, nicht ganz statistisch verteilt sind. Das widerspräche jedoch allen gängigen Theorien und würde daher die Forschung um astronomische Längen zurückwerfen.

Nach dem allgemein anerkannten Inflationsmodell hat sich das junge Universum nach dem Urknall zügig in alle Raumrichtungen ausgedehnt, so daß einerseits grobe Materiedichteschwankungen ausgeglichen wurden, aber auch langsam genug, um kleine Inseln zu schaffen. Hier überwog die Gravitation, so daß sich Planeten, Sterne und Galaxien bilden konnten. Bis auf diese geringfügigen "Unebenheiten" ist die Materie einigermaßen homogen über das gesamte Universum verteilt. Oder mathematisch ausgedrückt, liegen nur kleine statistische Schwankungen vor.

Da diese Unebenheiten im Inflationsmodell völlig zufällig verteilt sind, muß die Häufigkeitsverteilung verschiedener Dichten sich mit einer sogenannten Gaußschen Glockenkurve darstellen lassen. Diese Kurve beschreibt nämlich die Funktion einer willkürlichen Verteilung. Das Maximum liegt auf dem Wert in der Mitte, während die Kurve zu beiden Seiten exponentiell abfällt, wie eine Glocke. Der Mittelwert ist der wahrscheinlichste Zustand, in diesem Fall die mittlere Materiedichte. Je weiter die Dichte eines Gebiets nach oben oder unten vom Mittelwert abweicht, desto unwahrscheinlicher ist sie, und umso weniger dieser Gebiete wird der Beobachter im Universum entdecken.

Die Wissenschaftler betrachten jedoch nicht die Materie direkt, sondern die 3K-Strahlung des frühen Universums, die heute aus allen Raumrichtungen in Form kosmischer Hintergrundstrahlung zu beobachten ist. Diese entspricht dem typischen Spektrum eines schwarzen Körpers, der eine Temperatur von 2,7 Kelvin, also etwa -270 Grad Celsius, hat. Sie stammt von den äußeren Rändern des Universums und spiegelt die Materieverteilung kurz nach dem Urknall wieder. Wie die Materieverteilung, so ist auch die kosmische Hintergrundstrahlung nicht völlig homogen, sondern unterliegt kleinen Schwankungen im Bereich von einem Tausendstel Prozent. Trägt man die Abweichung vom Temperaturmittel gegen die Anzahl der beobachteten Orte auf, sollte auch diese Verteilung wieder einer Gaußkurve folgen.

In den vergangenen fünf Jahren haben 28 Studien diese Vermutung auch mit hoher Genauigkeit bestätigt. Doch wie überall tanzt immer jemand aus der Reihe. Aus den Daten des COBE-Satelliten haben vier Teams andere Ergebnisse erzielt: Pedro G. Ferreira vom CERN, Jesus Pando vom Straßburger Observatorium, Dimitri Novikov der University of Kansas und Robert G. Crittenden vom Canadian Institute for Theoretical Astrophysics haben anscheinend mit ihren Teams extrem leichte Abweichungen vom Modell beobachtet.

Doch die überdurchschnittlichen Schwankungen wurden in einem Gebiet am Himmel gefunden, das an der Grenze der Auflösung des Satelliten liegt. "Wenn man zu verbissen nach etwas sucht, mag es darauf hinauslaufen, daß man es tatsächlich findet", kommentiert Benjamin C. Bromley von der University of Utah die Ergebnisse. Bei so geringen Abweichungen könnten die Fehler auch in der Datenbearbeitung liegen oder in den verrauschten Messungen des COBE-Satelliten.

Andere Gruppen hingegen bestätigen, daß auch direkte Messungen der Materieschwankungen von einer Gaußverteilung abweichen. Auch in Galaxien, intergalaktischen Wolken oder Galaxienhaufen folgt die Dichtefunktion nicht exakt der Glockenkurve. Es ist jedoch schwierig, bei den direkten Beobachtungen andere Einflüsse wie die Gravitation auszuschließen.

Wie gewöhnlich brauchen die Kosmologen weitere und bessere Daten, um entweder den Verdacht zu bestätigen oder zu widerlegen. Sie müssen sich nun ein Jahr gedulden, bis der neue Röntgen-Satellit der NASA "Chandra" ins All geschossen wird. Wenn er die Beobachtungen bestätigt, müssen sich die Theoretiker ein neues Modell überlegen oder das alte modifizieren. Doch in Anbetracht der Zweifel rät Michael Turner von der University of Chicago den Kollegen, erst einmal Rückgrad zu zeigen. Bevor die Theoretiker wieder von vorne anfangen, sollten sich die Astronomen erst einmal auf eine gemeinsame Version einigen.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 2.3.1998
" Das Universum... und der ganze Rest "
Spektrum der Wissenschaft 2/95, Seite 14
"Intergalaktische Elemente bestätigen die Urknall-Theorie"
(nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)
Spektrum der Wissenschaft Spezial 1994, Seite 20
"Die Entwicklung des Universums"
(nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)

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