Am Anfang war das Universum ganz einfach

Die Kosmologen können mal wieder etwas entspannen, denn ausnahmsweise stützen neueste Forschungsergebnisse eine gängige Theorie

In der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Nature stellen englische Astrophysiker ihre Analyse weit entfernter Radioquellen vor und sie bestätigen damit das Standard-Modell des Universums.

Kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung "Karte des frühen Universums", Bild: NASA/COBE

Chris Blake und Jasper Wall von der Astrophysik der University of Oxford, haben Daten von fernen Radioquellen untersucht, die das Very Large Array des National Radio Astronomy Observatory in New Mexico gesammelt hatte und alles weist daraufhin, dass das Universum kurz nach seiner Entstehung wirklich ganz schlicht war und im Grunde heute noch ist.

Das kosmische Standard-Modell, dass Robertson und Walker in den 30er Jahren aufstellten, basiert auf dem Naturgesetz: Die Naturgesetze und Naturkonstanten sind an allen Orten und zu allen Zeiten gleich. Die beiden schrieben zwei einfache Annahmen fest und beschrieben damit bis heute wirksam die großräumigen Strukturen des Universums. Das sind erstens die Homogenität, was bedeutet, dass alle physikalischen und geometrischen Eigenschaften sich zu einem gegebenen Augenblick gleichen, auf großen Skalen herrscht Gleichförmigkeit ohne Auszeichnung eines Punktes (wie z.B. der Erde). Zweitens die Isotropie, die bedeutet, es gibt keine bevorzugte Richtung, damit sieht das Universum im großen Maßstab betrachtet in jeder Richtung gleich aus. Letztlich beinhaltet das Standard-Modell - abgesehen von der Raumkrümmung - keine räumliche Struktur, entscheidend ist die Zeit, mit dem Verlauf der Zeit ändern sich die Gegebenheiten. (mehr zum kosmologischen Standardmodell)

Am Anfang war der Urknall (Vgl. Der Ultra-Crash vor dem Big-Bang), davon geht jedenfalls heute die Mehrheit der Kosmologen aus. Nach dieser Explosion dehnte sich das Universum aus und kühlte langsam ab. Diese heiße dichte Ursuppe, das Plasma, war dunkel und darin schwammen Teilchen wie Protonen, Elektronen und Photonen. Nachdem etwa 300 000 Jahre vergangen waren, kochte die Suppe noch bei einer Temperatur von etwa ca. 3000 K (2700 Grad C), was aber kühl genug war, dass sich Protonen und Elektronen zu den ersten Atome zusammen schlossen und das Universum sichtbar wurde. Ab diesem Moment konnte sich das Licht unaufhörlich ausbreiten. Das Echo des Big Bang ist die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung, eine kurzwellige Strahlung im Mikrowellenbereich (Radiowellen). Sie wurde 1964 zufällig von den Ingenieuren Penzias und Wilson entdeckt.

Die Temperatur der Mikrowellenhintergrundstrahlung liegt bei 2,7 Kelvin (minus 270 Grad Celsius), leicht aufgerundet wird sie deswegen auch 3K-Hintergrundstrahlung genannt. Bei Beobachtung des gesamten Himmels stellte sich aber heraus, dass es feine Temperaturunterschiede in ihr gibt. Die NASA-Sonde "Cosmic Background Explorer" (COBE), der 1989 gestartet wurde, konnte die ersten Abweichungen nachweisen. Weitere genaue Messungen bestätigten das. Inzwischen ist noch eine zweite spezialisierte NASA-Mission unterwegs: Microwave Anisotropy Probe (MAP) geht seit vergangenem Jahr mit viel feineren Messgeräten der Strahlung nach. 2007 soll der europäische Satellit Planck unter Leitung der ESA starten, um Karten des gesamten Himmels in neun Frequenzbändern im Mikrowellenbereich zwischen 30 und 857 GHz abzubilden.

Es gibt also Schwankung (Anisotropie) und sie ergeben sich aus der Relativbewegung der Erde zum Mikrowellenhintergrund. Das müsste auch bei weit entfernten Objekten der Fall sein und zwar in die gleiche Richtung, damit sich die gleiche Struktur ergibt und bewiesen werden kann, dass die Mikrowellenhintergrundstrahlung kein lokales Phänomen ist, bzw. dass die Standardmodell-Theorie stimmt. Genau das ist Blake und Wall jetzt gelungen. Sie konnten bestätigen, dass die Temperaturschwankungen von der Bewegung des Galaxis abhängig sind. Es gelang ihnen mithilfe der Very Large Array-Daten, eine entsprechende Anisotropie in der Verteilung von Galaxien nachzuweisen.

In seinem begleitenden News-and-Views-Artikel kommt George F. R. Ellis von der University of Cape Town in Südafrika zu dem Fazit:

Dieses Resultat ist nicht unerwartet, aber es ist trotzdem wichtig. Das anscheinend unwahrscheinliche Standardmodell mit seinem einfachen Muster auf großer Skala, hat damit wieder einen substanziellen Test bestanden. Es ist wichtig, dass wir alle möglichen Tests ausführen, um jede potenzielle Schwäche im Standardmodell zu überprüfen. Mit einem nun weiteren Observations-Erfolg im Rücken, können sich theoretische Kosmologen darüber freuen, dass ihr Basismodell intakt bleibt.

(Andrea Naica-Loebell)

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