Heiliger Gral der Kosmologie entdeckt

Harvard-Astronomen bestätigen die Hypothese, wonach sich das Universum in Überlichtgeschwindigkeit ausdehnte. Für viele Wissenschaftler eine Sensation.

Grafik: Die Entstehung des Universums.

Grafik: Die Entstehung des Universums. Bild: Grafik: san/Quelle ESA

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Ein sensationeller Blick in die früheste Phase des Universums ist vermutlich einem Team von Radioastronomen gelungen. Mit einem Teleskop der Amundsen-Scott-Südpolstation entdeckten sie erstmals in der kosmischen Hintergrundstrahlung Hinweise auf Gravitationswellen. Dies wäre gleichzeitig eine Bestätigung für eine dreissig Jahre alte Hypothese, wonach sich das Universum bei seiner Geburt mit Überlichtgeschwindigkeit ausgedehnt hat. Kosmologen sprechen vom inflationären Universum und bezeichnen diese kurze Phase als den eigentlichen Urknall. Diese Entdeckung gilt manchen als Heiliger Gral der Kosmologie.

«Das ist ein völlig neuer und unabhängiger kosmologischer Hinweis für das Bild des inflationären Universums», kommentierte der Erfinder dieser Hypothese, Alan Guth vom Massachusetts Institute of Technology, das neue Ergebnis – und hält es durchaus für nobelpreiswürdig. Dabei hatte es erst 2006 den Physiknobelpreis für die Entdeckung der kosmischen Hintergrundstrahlung gegeben.

Die kosmische Hintergrundstrahlung entstand im heissen Urgas, als das Universum 380'000 Jahre alt war. Das damals entstandene Licht durchzieht noch immer das Universum und ist am gesamten Himmel nachweisbar. Aufnahmen der Hintergrundstrahlung, wie sie beispielsweise das Weltraumteleskop Planck im letzten Jahr geliefert hat, zeigen Unregelmässigkeiten. Sie gehen auf unterschiedlich grosse Wolken im Urgas zurück, aus denen später die Galaxien entstanden sind.

Erste Ausdehnung bis zur Orangengrösse

Theoretiker haben aber herausgefunden, dass die Hintergrundstrahlung auch Informationen über den Urknall selbst enthält. Zentraler Punkt ist hier die seit mehr als drei Jahrzehnten diskutierte Hypothese der inflationären Expansion. Sie besagt, dass sich das Universum in der Geburtsphase für den Bruchteil einer Sekunde mit Überlichtgeschwindigkeit ausdehnte, bis es etwa die Grösse einer Orange erreicht hatte. Das widerspricht nicht der Relativitätstheorie, weil sich damals nicht Körper im Raum mit Überlichtgeschwindigkeit bewegten, sondern der Raum selbst expandierte. Dann endete diese Phase, und das Universum dehnte sich mit Unterlichtgeschwindigkeit bis zur heutigen Grösse aus. Die Inflationshypothese war nötig geworden, weil eine von Beginn an langsame Ausdehnung im Widerspruch zu einigen Beobachtungsbefunden steht.

Wenn diese Hypothese stimmt, dann sind in dieser Phase Gravitationswellen entstanden. Das sind Verwerfungen, die den Raum wellenartig stauchen und dehnen. Man kann sie sich ähnlich vorstellen wie Wellen auf der Oberfläche eines Teichs. Diese Gravitationswellen sollten sich in einem bestimmten Muster in der kosmischen Hintergrundstrahlung durchgepaust haben. Physiker sagen, die Strahlung sei polarisiert, das heisst, sie schwingt vornehmlich in einer Ebene.

Kosmologen sind beeindruckt

Während europäische Kosmologen die Daten des Planck-Satelliten noch auf das extrem schwache Signal hin absuchen, scheint ihnen das Team um John Kovac vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics mit dem Teleskop Bicep2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) zuvorgekommen zu sein. Kosmologe und Mitglied der Planck-Kollaboration Torsten Ensslin vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching bei München ist von den Messdaten sichtlich beeindruckt: «Ich denke, wir können den Kollegen gratulieren.»

Erstaunlicherweise ist der Messwert etwa doppelt so gross wie erwartet. Was dies für die Urknalltheorie bedeutet, ist noch weitgehend offen. «Der Wert hat mich sehr überrascht», sagt Ensslin. Darin steckten einzigartige Informationen über das Energiefeld, das das Universum inflationär aufgebläht hat, so der Forscher. Theoretiker in aller Welt werden nun versuchen, mit den Messwerten mehr Details über diese rätselhafte inflationäre Phase herauszufinden.

Möglicherweise eröffnen sich sogar noch weitere ungeahnte Möglichkeiten. Diese erste Phase des Universums lässt sich nämlich nur vollkommen verstehen, wenn man die Gesetze der Quantentheorie und von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie gemeinsam anwendet. Damit beinhaltet die Inflation auch Hinweise auf die brennende Frage, wie sich diese beiden Grundsäulen der Physik zu einer übergeordneten Theorie – der Weltformel – verschweissen lassen. (Tagesanzeiger.ch/Newsnet)

(Erstellt: 17.03.2014, 19:15 Uhr)

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