Der letzte Beweis?

News: Der letzte Beweis?

Was für ein Glück, dass sich die Strahlung jenes fernen Quasars so deutlich in einer Gaswolke verfing. Denn so erhielten die Astronomen ein erstklassiges Spektrum, dass weder von anderen Sternen, noch von der Energie atomarer Kollision beeinträchtigt wurde. Und nur so konnten sie sicher sein, dass die Temperatur der kosmischen Hintergrundstrahlung in ferner Vergangenheit tatsächlich höher lag als heute - genau, wie es die Urknalltheorie vorhersagt.

Niemand weiß, was damals vor vielleicht 15 Milliarden Jahren wirklich geschah. Doch kaum jemand zweifelt heute noch daran, dass unser Universum mit einem Urknall entstand. Das Echo dieses Big Bang ist bis heute allgegenwärtig und füllt als richtungslose kosmische Hintergrundstrahlung den ganzen Weltraum. Die amerikanischen Physiker Arno A. Penzias und Robert W. Wilson hatten sie 1964 erstmals gemessen und wurden dafür 1978 mit dem Nobelpreis belohnt. Später konnte man mithilfe des Cosmic Background Explorer (COBE) die Temperatur dieser Mikrowellenstrahlung bestimmen. Sie liegt derzeit bei 2,7 Kelvin.

Da sich das Universum ausdehnt, muss es früher einmal eine größere Dichte besessen haben. Der Urknalltheorie zufolge muss die Temperatur der Hintergrundstrahlung dann früher höher gewesen sein als heute. Vor rund 30 Jahren kamen Wissenschaftler deshalb auf die Idee, man könne diese Temperatur auf der Basis spezifischer Absorptionsspektren von weit entfernten Objekten rekonstruieren. Schließlich ist ein Blick in den Himmel immer auch eine Zeitreise. Doch bis es soweit war, mussten erst einmal geeignete Teleskope entwickelt werden. Vor wenigen Jahren gelang es dann schließlich mit dem W.M. Keck Observatory in Mauna Kea, Hawaii, die Spektren eines Quasars auszuwerten, der 3,4 Milliarden Jahre nach dem Urknall entstand.

Sehr genau waren die Ergebnisse allerdings nicht, denn es gelang den Forschern nicht, ihre Daten von den anderen Wärmequellen zu befreien. So verfälschten die ultraviolette Strahlung junger, heißer Sterne und die Kollisionsenergien von Atomen die Ergebnisse derart, dass sich für die Hintergrundstrahlung immer nur eine maximale Temperatur bestimmen ließ. Den letztlichen Beweis, dass die Temperaturen seinerzeit höher lagen als heute, und damit der endgültige Nachweis des Urknalls, konnten sie somit nicht erbringen.

Bis jetzt. Denn mithilfe des Very Large Telescope Interferometer (VLT) erhielten die Astronomen Raghunathan Srianand vom Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics im indischen Puna, Patrick Petitjean vom Institut d'Astrophysique de Paris und Cedric Ledoux vom European Southern Observatory ein ungewöhnlich reichhaltiges Spektrum eines Quasars namens PKS 1232+0815, der seiner Rotverschiebung zufolge nur 2,5 Milliarden Jahre nach dem Urknall entstand (Nature vom 21. Dezember 2000).

Ihr Glück war, dass die Strahlung des Quasars beinahe umgehend in eine Gaswolke geriet und dort teilweise absorbiert wurde. Eine Verfälschung durch die Energie anderer Sterne war somit ausgeschlossen. Die Strahlung zeigt nun ein reichhaltiges Spektrum, vor allem die Wasserstofflinien erwiesen sich bei der Rekonstruktion der Temperatur als besonders nützlich. Sie gaben Aufschluss über die physikalischen Bedingungen innerhalb der Gaswolke, und dabei zeigte sich, dass die Energiezustände des Wasserstoffs auch nicht allein Folge atomarer Kollisionen sein konnten. Es musste also noch eine weitere Komponente daran beteiligt sein: die kosmische Hintergrundstrahlung.

Somit ist klar, dass es die kosmische Hintergrundstrahlung auch schon zu der Zeit gab, als das Universum gerade einmal ein Fünftel des heutigen Alters hatte. Zudem konnten die Forscher nun erstmalig eine sehr zuverlässige Minimaltemperatur der Hintergrundstrahlung zu jener Zeit angeben. Demnach lagen die Temperaturen damals mindestens sechs und höchstens 14 Kelvin über dem absoluten Nullpunkt. Damit ist endlich bewiesen, was die Urknalltheorie vorhersagt: Es war damals wirklich wärmer als heute.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 11.8.2000
"Nicht nur dunkel, sondern auch verschwommen"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 3.5.2000
"Flach und für ewig"
Spektrum Brennpunkt-Thema vom 24.2.1999
"Ein Universum voller WIMPs"
Spektrum der Wissenschaft 8/00, Seite 13
"Boomerang erforscht Big Bang"
(nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)