WMAP
Inflation und die ersten Sterne
von Stefan Deiters
astronews.com
20. März 2006

Astronomen ist es erstmals gelungen, einen Blick in eine Zeit zu werfen, in der unser Universum nur eine Billionstel Sekunde alt war. Die neuen Daten unterstützen die so genannte Inflationstheorie, nach der sich das Universum innerhalb kürzester Zeit unvorstellbar ausdehnte. Die Ergebnisse beruhen auf Daten, die die Sonde WMAP in den letzten drei Jahren aufgezeichnet hat.

Die jüngste WMAP-Karte des Mikrowellen-Hintergrundes. Bild: NASA/ WMAP Science Team [Komplette Großansicht]

Näher an den Urknall kann man kaum herankommen: Amerikanischen Astronomen gelang jetzt ein Blick in eine Zeit, als unser Universum gerade einmal einen winzigen Bruchteil einer Sekunde alt war. In dem Datenmaterial, das die NASA-Sonde Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) innerhalb der letzten drei Jahre aufgezeichnet hat, finden sich deutliche Indizien dafür, dass unser Weltall eine so genannte Inflationsphase durchlaufen hat, in der sich seine Größe in Bruchteilen einer Sekunde um das Billionenfache vergrößerte.

Die Inflationstheorie ist rund 25 Jahre alt und alles andere als einfach zu verstehen: Sie besagt im Prinzip, dass sich unser Weltall kurze Zeit nach dem Urknall von subatomarer Größe auf die Größe eines Golfballs ausdehnte. Das geschah in unvorstellbar kurzer Zeit und mit einer Geschwindigkeit, die die des Lichtes deutlich überstieg. Inflation war lange Zeit nicht mehr als eine physikalische Theorie, die zwar viele Befunde gut erklären konnte, für die sich allerdings direkte Beweise nur schwer finden ließen. "Inflation war ein faszinierendes Konzept als es vor rund 25 Jahren erstmals vorgeschlagen wurde", so Dr. Gary Hinshaw vom Goddard Space Flight Center der NASA, der zum WMAP-Team gehört. "Jetzt können wir diese Theorie mit Beobachtungsdaten untermauern."

Die Wissenschaftler werteten dazu die so genannte Mikrowellen-Hintergrundstrahlung aus, die uns aus allen Richtungen des Himmels nahezu gleichförmig erreicht. Sie gilt als eine Art Echo des Urknalls. Moderne Satelliten haben die Temperatur dieser Hintergrundstrahlung untersucht und herausgefunden, dass sie nicht ganz so gleichförmig ist, wie ursprünglich angenommen: Es gibt winzige Temperaturschwankungen, die oft nur den Millionsten Bruchteil eines Grads ausmachen. Diese Schwankungen aber lassen sich mit Dichteunterschieden in Verbindung bringen, also mit der Tatsache, dass an einer Stelle des Universums etwas mehr Materie vorhanden war als an einer anderen Stelle. Diese Unregelmäßigkeiten könnten also die Saatkörner von späteren Galaxien gewesen sein.

So verrät das Studium dieser Hintergrundstrahlung den Forschern etwas über die Bedingungen im ganz jungen Universum. Der modernste Satellit, der derzeit die Hintergrundstrahlung untersucht, ist die Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). Die jüngsten Ergebnisse liefern nun nicht nur neue Erkenntnisse über die Temperaturunterschiede, sondern auch über die Polarisation der Hintergrundstrahlung - ein Signal das noch über 100-Mal schwächer ist.

Als Polarisation bezeichnet man die Ausrichtung von Strahlung. So ist beispielsweise das meiste Licht 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.

Mit den neuen Daten konnte das WMAP-Team nun errechnen, dass die ersten Sterne nur rund 400 Millionen Jahre nach der Inflationsphase vorhanden gewesen sein müssen. Sie folgerten dies unter anderem aus der Entdeckung einer bestimmten Art von Polarisation in der Hintergrundstrahlung, die direkt mit den Vorgängen in dieser Zeit in Zusammenhang steht. Eine andere Art von Polarisation, die man direkt mit der Inflationsphase in Verbindung bringen kann, blieb allerdings bislang unentdeckt. Trotzdem, so die Wissenschaftler, können sie durch eine Kombination der Polarisations- und Temperaturdaten schon bestimmte Aussagen über die Inflationsphase machen.

"Es ist kaum vorstellbar, dass wir jetzt zwischen verschiedenen Modellen über jene Ereignisse unterscheiden können, die in der ersten Billionstel Sekunde nach dem Urknall stattgefunden haben", freut sich Dr. Charles Bennett von der Johns Hopkins University und Principal Investigator von WMAP. Und es kann nur noch besser werden: WMAP sammelt weiter Daten und je mehr Daten die Sonde zur Erde funkt, desto mehr können die Forscher lernen über die Zeit, als unser Universum von winzigen Quantenfluktuationen zu einem riesigen Gebilde mit Sternen und Galaxien wurde.