Kleine Wellenstrukturen im kosmischen Hintergrund

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Feinste Wellen in der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung sind in der abgebildeten vollständigen Himmelsprojektion sichtbar. Farben stehen für kleinste Temperaturabweichungen vom Mittelwert (rote Gebiete sind wärmer und blaue Gebiete sind kühler). NASA und die WMAP-Mission

 

Das Universum entstand vor 13.73 Milliarden Jahren in einem Lichtblitz – dem Urknall. Man vermutet auch, daß etwa 380.000 Jahre später, nachdem sich die Materie (zumeist Wasserstoffatome) für die Bildung neutraler Atome genügend abgekühlt hatte, das Licht relativ ungehindert durch den Raum bewegen konnte. Heute sehen wir dieses Licht als die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (cosmic microwave background radiation = CMBR). Das Licht erscheint über den ganzen Himmel in seiner Helligkeit extrem gleichförmig. Jedoch haben Astronomen entdeckt, daß es in der Strahlung sehr schwache kleine Erhebungen und Vertiefungen gibt, die in der Größenordnung von nur etwa 1:100.000 liegen. Diese kleinen Wellenstrukturen geben den Aufbau des Universums, als das Licht sich frei bewegen konnte, und die späteren kosmischen Strukturen (Galaxien und Galaxienhaufen) wieder, als das Licht diese auf seiner Reise durch Raum und Zeit durchquerte. Darum enthalten diese kleinen Wellenstrukturen Hinweise auf das frühe Universum und wie es sich entwickelt hat und stehen folgerichtig mit an der Spitze der dringlichsten Fragestellungen in der modernen astronomischen Forschung.

Die Wellenlängen der CMBR-Wellenstrukturen überspannen einen ununterbrochenen Größenbereich. Der im größeren Bereich liegende Anteil (der auch heller ist) ist das Resultat der Wellen in der kosmischen Struktur, als sich das Licht erstmals frei bewegen konnte; das Universum hat sich seither so sehr ausgedehnt (um einen Faktor von etwa 1.000), daß die Wellenstrukturen jetzt vergleichsweise groß sind. Als das Licht später an Galaxienhaufen oder anderen Objekten gestreut wurde, wurde ihm der im kleineren Bereich liegende Anteil der Wellenstrukturen aufgeprägt, die kürzer und schwächer sind. Über die letzten Jahrzehnte sind Astronomen in die Lage versetzt worden, die größeren dieser Wellenstrukturen mit großer Genauigkeit zu messen und diese Information zu nutzen, um viele Einzelheiten des Urknall-Modells zu untermauern und zu verbessern. Die kleineren Vertiefungen sind schwerer einzuordnen.

Ein großes Forscherteam berichtet am 20. August 2010 im Astrophysical Journal über die erfolgreiche Messung von CMBR-Wellenstrukturen mit dem Südpol-Teleskop, ein bei der Amundsen-Scott-Südpolstation in der Antarktis stehendes Submillimeter-Teleskop mit einem Durchmesser von zehn Metern. Die Gruppe konnte die ersten aussagekräftigen Messungen der schwächsten, kürzesten Wellenlängen in den Wellenstrukturen erhalten, die bislang untersucht wurden. Sie entdeckten, daß die Amplitude der Fluktuationen nur halb so groß ist wie früher gemessen (oder durch andere in Beziehung stehende, bis dahin gemessene Größen angedeutet) – eine wesentliche Abweichung. Dazu kommt, daß mit 35% die bislang kleinsten Unsicherheiten in den Messungen vorliegen; dies ergibt weitere Verbesserungen der Urknall-Modelle. Die Resultate lassen darauf schließen, daß, obwohl die Bildung der ersten Galaxien bis jetzt nur schlecht verstanden ist, fortlaufende Verbesserungen der Beobachtungen es Astronomen recht schnell ermöglichen werden, sich auf diese grundlegenden Fragen über kosmische Ursprünge zu fokussieren.

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