KOSMOLOGIE
Beweise für den Urknall vom Südpol
von Stefan Deiters
astronews.com
23. September 2002

Amerikanische Forscher haben am Südpol neue Beweise für unser aktuelles Bild von der Entstehung und Entwicklung des Weltalls gesammelt: Mit Hilfe eines Radioteleskops entdeckten sie, dass die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung polarisiert ist - genau wie es die gängige Urknalltheorie vorhersagt.  Die Messungen ermöglichen Aussagen über die Bewegungen im Frühkosmos.

Die von DASI (unten) gemessenen Temperaturschwankungen (farbkodiert) und die Polarisation an jedem Punkt (Striche). Bild/Foto:  DASI-Collaboration / Erik Leitch

Man könnte sich vermutlich kaum einen unwirklicheren Ort aussuchen, um ein Radioteleskop zu betreiben, doch für das Team, das auf der Amundsen-Scott-Südpol-Forschungsstation das Degree Angular Scale Interferometer (DASI) aufgestellt hat, zahlte sich die Mühe aus: Auf einer Konferenz in der letzten Woche konnten die Wissenschaftler um John Carlstrom von der Universität von Chicago berichten, dass es ihnen nunmehr gelungen ist, die Polarisation der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung nachzuweisen. Nach diesem fundamentalen Beweis für die moderne kosmologische Theorie hatte man viele Jahre gesucht. Bei der Hintergrundstrahlung handelt es sich um eine Art Nachglühen des Urknalls.

Das meiste Licht ist unpolarisiert, das heißt die Lichtwellen schwingen alle in unterschiedlichen Ebenen. Sobald sie aber reflektiert oder gestreut werden, ändert sich dies. Daher lassen beispielsweise polarisierende Sonnenbrillen das sich gleißend spiegelnde Licht auf einer Wasseroberfläche verschwinden, da sie nur Licht durchlassen, dessen Wellen in einer Ebene schwingen. Die Polarisation der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung rührt nach Ansicht der Forscher aus jener Zeit her, als die Strahlung das letzte Mal mit Materie in Berührung kam - vor etwa 14 Milliarden Jahren.

Hätten die Wissenschaftler keine Spur von Polarisation in der Hintergrundstrahlung entdeckt, wären alle Interpretationen der Daten der letzten Jahre in Frage gestellt worden, meint Carlstrom. "Statt zu sagen, dass wir den Ursprung und die Entwicklung des Universums mit recht großer Sicherheit verstehen, hätten wir zugeben müssen, dass wir eigentlich gar nichts wissen. Polarisation wird von den Theorien vorhergesagt, sie wurde gefunden, das heißt, wir müssen mit unserem eigentlich recht merkwürdigen Universum leben."

Und in der Tat ist das Universum, was nun durch die Daten bestätigt wurde, nicht unbedingt eines, was man als logisch und nachvollziehbar bezeichnen möchte: Die normale Materie, also der Stoff aus dem Menschen, die Erde, Sterne und Galaxien bestehen, macht darin gerade einmal fünf Prozent aus. Der größte Teil besteht aus einer dunklen Energie, von der die Forscher keine Vorstellung haben, um was es sich eigentlich handeln könnte. Sie wissen nur, dass sie der Gravitationskraft entgegen wirkt und die Ausdehnung des Universums beschleunigt. Zusätzlich dazu muss es auch noch eine so genannte Inflationsphase kurz nach dem Urknall gegeben haben, in der das Weltall in Bruchteilen einer Sekunde dramatisch angewachsen ist.

"In diesem schönen Gerüst der modernen Kosmologie gibt es eine Reihe von Dingen, die wir nicht verstehen, aber wir glauben an das Gerüst", unterstreicht Clem Pryke, Assistenzprofessor für Astronomie und Astrophysik an der Universität von Chicago. Die neuen Ergebnisse seien für die Bestätigung dieses Gerüstes enorm wichtig gewesen. Die Polarisation liefert den Forschern Daten aus einer Zeit rund 400.000 Jahre nach dem Urknall als sich Strahlung und Materie gerade zu trennen begannen. "Das besondere an der Polarisation ist", so Carlstrom, "dass wir dadurch direkt Informationen über die Dynamik im frühen Universum erhalten." Die zuvor entdeckten Temperaturunterschiede haben den Forschern verraten, dass es schon im Frühkosmos zu Klumpenbildung kam, aus denen später einmal die Strukturen im Universum geworden sind. Die Polarisation verrät nun etwas über die Bewegungen im Frühkosmos. 

Die Polarisation zu entdecken war keine leichte Aufgabe: Die Polarisation ist rund zehnmal schwächer als die zuvor mit Hilfe desselben Teleskops gefundenen winzigen Temperaturunterschiede in der Hintergrundstrahlung. Schon für die erste Entdeckung wurden über drei Monate Daten von 32 verschiedenen Himmelsregionen gesammelt. Um die Polarisation festzustellen, wurden zwei Punkte am Himmel über 200 Tage lang beobachtet. Immer empfindlichere Instrumente werden - so die Hoffnung der Forscher - in den nächsten Jahren noch weitere wichtige Ergebnisse über die Hintergrundstrahlung liefern.