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Kosmologie: Müssen Planck-Daten korrigiert werden?

Mikrowellenkarte des gesamten HimmelsLaden...

Eine neue Auswertung der Planck-Daten zur Frühzeit des Universums deutet darauf hin, dass die Messung wohl doch besser mit dem Standardmodell der Kosmologie übereinstimmt, als man bei der Veröffentlichung im März vermutete. Damals hatte die ESA eine neue Karte der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung (CMB) – das älteste Licht des Universums – präsentiert. Die präzisen Messwerte bildeten die Grundlage für die bis dato höchst aufgelöste CMB-Karte des Nachthimmels: Sie zeigte eine höhere Materiedichte, eine etwas größere Variation in der Verteilung dieser Materie und einen kleineren Wert der Hubble-Konstante – eine Maßzahl für die Expansionsrate des Universums –, als eine ganze Reihe früherer Studien angedeutet hatten, gleich ob diese auf Daten von der Erde oder aus dem All basierten.

Der kosmische Mikrowellenhintergrund im Blick von PlanckLaden...
Der kosmische Mikrowellenhintergrund im Blick von Planck | Babybild des Weltalls: die Unregelmäßigkeiten der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung (CMB), wie sie mit Planck beobachtet wurden. Der CMB ist eine Momentaufnahme vom ältesten Licht im Universum, das ausgesandt wurde, als das All erst 380 000 Jahre alt war. Das Bild zeigt winzige Temperaturschwankungen in Regionen mit leicht unterschiedlicher Dichte, aus denen alle Strukturen hervorgegangen sind: die Sterne und Galaxien von heute.

Obwohl die Abweichungen nur schwach ausfielen, war der Kosmologe David Spergel von der Princeton University in New Jersey sofort fasziniert. "Planck ist so präzise, dass selbst winzige Diskrepanzen interessant sind", sagt er. Die ursprünglichen Befunde legten eine von drei Möglichkeiten nahe: Entweder müsste das Standardmodell angepasst werden, eine ganzes Bündel an unterschiedlichen astronomischen Studien war falsch, oder einige systematische Fehler in den Planck-Daten waren nicht berücksichtigt worden.

Eine neue Auswertung dieses Materials durch Spergel und seine Kollegen deutet an, dass die Probleme mit den Daten zusammenhängen, die Planck im Radiowellenfrequenzbereich von 217 Gigahertz erfasst hat. Als die Forscher die 217-Gigahertzwerte aus den Karten entfernten und stattdessen auf die niedrigeren Bereiche von 100 und 143 Gigahertz bauten, stimmten die Resultate im Wesentlichen mit früheren CMB- und anderen astrophysikalischen Arbeiten überein, inklusive der Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) der NASA – der Vorläufermission von Planck, deren Analyse Spergel ebenfalls ausgeführt hatte. Bereits in einer der vielen von Planck-Mitarbeitern im März herausgegebenen Arbeiten wiesen die Wissenschaftler darauf hin, dass die 217-Hertz-Daten bei einigen Eichtests durchgefallen waren. Die vom Planck-Team angewendete Methode berücksichtigte diese Problematik jedoch nicht.

Spergel und Co verglichen zudem die Planck-Daten aus der ersten Hälfte der Beobachtungssaison mit jenen aus der zweiten: Dabei zeigte sich, dass die 217er-Daten nicht unabhängig von den Werten der anderen Frequenzen waren. Als die Physiker diese Korrelation zur Korrektur heranzogen, glichen die aus den Planck-Himmelskarten hergeleiteten kosmologischen Eigenschaften ebenfalls mehr jenen, die in früheren Studien herausgekommen waren. Detektoren für unterschiedliche Wellenlängen arbeiteten vielleicht nicht völlig unabhängig voneinander, da sie in der gleichen Einheit mit dem gleichen Kühlsystem untergebracht sind, so Spergel.

Die Planck-Forscher räumen ein, dass vielleicht ein systematischer Fehler eine Rolle gespielt haben könnte. Sie wollen nun ihre eigenen Analyseergebnisse neu aufarbeiten, die gerade von einem Journal begutachtet werden, sagt Francois Bouchet vom Institut für Astrophysik in Paris. Gleichzeitig stehen die Planck-Mitarbeiter auch weiterhin zu einer früheren Aussage: "Wir denken, dass die unterschiedlichen kosmologischen Paramater, die WMAP und Planck festgestellt haben, nicht auf die (störende 217-Gigahertz-)Eigentümlichkeit zurückzuführen ist, sondern einfach mit der verbesserten Leistung der Planck-Geräte zusammenhängt", meint Jan Tauber von der ESA, der dem wissenschaftlichen Team der Planck-Mission vorsteht und im niederländischen Noordwijk sitzt.

"Es gibt ein Problem mit einem Teil der Planck-Detektoren, das uns bekannt ist, welches wir aber zum Zeitpunkt der Veröffentlichung im März noch nicht richtig verstanden hatten", fügt George Efstathiou, Astrophysiker an der Cambridge University, hinzu. "Es handelt sich um einen kleinen systematischen Fehler, der die Kosmologie wenig beeinflusst. Aber es ist ein systematischer Fehler, den wir aus den 2014er-Daten entfernt haben werden." "Bei einem derart empfindlichen Experiment wie Planck liegt die größte Herausforderung darin, alle systematischen Probleme zu verstehen", sagt Spergel – und fügt hinzu, dass sich die WMAP-Datenanalyse in den neun Betriebsjahren stets weiter verbessert haben. "Ich erwarte, dass die Auswertung von Planck 2014 einen Fortschritt zu 2013 bedeuten wird."

51. KW 2013

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 51. KW 2013

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