Astronomie und Raumfahrt

21. März 2013

Weltraumteleskop Planck: "Planck" liefert Detail-Bild des Universums

 Von Thomas Bührke
Diese Strahlung entstand direkt nach dem Urknall. Die Planck-Mission lieferte nun extrem genaue Messwerte. Sie zeigen Asymmetrien in der Verteilung. Zudem ist das Weltall mit 13,81 Milliarden Jahren – statt 13,7 – älter als gedacht.  Foto: dpa

Noch sind Kosmologen vorsichtig, doch die sehnsüchtig erwarteten Daten des Weltraumteleskops "Planck" deuten auf ein mögliches Vorgänger-Universum oder eine ungleichmäßige Expansion des Universums hin.

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Noch sind Kosmologen vorsichtig, doch die sehnsüchtig erwarteten Daten des Weltraumteleskops "Planck" deuten auf ein mögliches Vorgänger-Universum oder eine ungleichmäßige Expansion des Universums hin.

Noch sind die Kosmologen vorsichtig. Aber in den Daten des Weltraumteleskops Planck verbergen sich möglicherweise Spuren von einem Vorgänger-Universum oder einer ungleichmäßigen Expansion des Raumes. Am Donnerstag präsentierten die Wissenschaftler der Europäischen Weltraumorganisation ESA in Paris die sehnsüchtig erwarteten Ergebnisse des Weltraumteleskops.

Mit bislang unerreichter Präzision hat Planck die kosmische Hintergrundstrahlung, eine Art Echo des Urknalls, vermessen und die wichtigsten Größen des Universums ermittelt. „Wir spähen zudem erstmals in die ersten Sekundenbruchteile des Universums hinein“, sagte Torsten Enßlin vom Max-Planck-Institut für Astrophysik. Die Messdaten bestätigen aber nicht nur das heutige kosmologische Standardmodell, sondern weisen auch Strukturen auf, die sich derzeit nicht erklären lassen.

Atemberaubende Präzision

Das Weltraumteleskop Planck hat das Urknallmodell mit atemberaubender Präzision bestätigt. Es legt das Weltalter auf 13,81 Milliarden Jahre mit einer Unsicherheit von nur 50 Millionen Jahren fest, und es liefert präzise Werte für die Ausdehnungsgeschwindigkeit des Universums, die Hubble-Konstante, sowie die Häufigkeiten für die Dunkle Materie, Dunkle Energie und die normale Materie. So wundert es nicht, dass George Efstathiou von der Universität Cambridge die rhetorische Frage in den Raum warf, ob damit die Kosmologie am Ende sei.

Doch Planck liefert zum Beispiel überhaupt keine Hinweise darauf, worum es sich bei der mysteriösen Dunklen Energie und Dunklen Materie handelt. Diese beiden Konstituenten stellen im Universum 95 Prozent der gesamten Masse, ihre Natur gehört zu den tiefgreifendsten Rätseln der Physik. Gleichzeitig öffnet Planck aber ein Fenster in die früheste Phase des Universums, die sich nach heutigem Wissen nie direkt beobachten lassen wird.

Die kosmische Hintergrundstrahlung entstand etwa 380 000 Jahre nach dem Big Bang, als sich das Urgas bis auf etwa 3 000 Grad abgekühlt hatte. Vorher war es undurchsichtig, wie ein dichter Nebel, der sich nun bei der Entstehung der Atome lichtete. Seitdem durchzieht die Strahlung das Universum und ist als schwaches Glimmen am gesamten Himmel nachweisbar.

Wolken im Urgas

Plancks Himmelskarte zeigt in der Hintergrundstrahlung Flecken verschiedener Ausdehnung. Sie entsprechen unterschiedlich großen Wolken im Urgas. Deren Größenverteilung stimmt extrem genau mit der Vorhersage der Theorie des Inflationären Universums überein. Sie besagt, dass sich der Raum unmittelbar nach dem Urknall mit Überlichtgeschwindigkeit ausgedehnt hat, bis es etwa die Größe einer Pampelmuse besaß. Erst danach setzte die langsame Expansion ein.

Am Nullpunkt

Planck – das nach dem Quantenphysiker Max Planck benannte Weltraumteleskop der ESA hat den gesamten Himmel fünf Mal in neun Wellenlängenbereichen zwischen 0,3 und 15 Millimeter abgescannt.

Im Vergleich zu seinen US-Vorgängern Cobe und Wmap war er um ein Vielfaches empfindlicher und konnte wesentlich kleinere Strukturen erkennen. Hätten die drei Satelliten nicht den Himmel, sondern die Erde betrachtet, so hätte Cobe Deutschland in zwei Bildpixeln abgebildet, Wmap hätte bereits Frankfurt erkannt und Planck jetzt den dortigen Flughafen.

Der 700 Millionen Euro teure, fast zwei Tonnen schwere Satellit gelangte am 14. Mai 2009 mit einer Ariane 5 ins All und wurde 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt stationiert. Die Instrumente wurden mit einer mehrstufigen Kühlkette auf ein Zehntel Grad über dem absoluten Nullpunkt gekühlt.

Die bereits dreißig Jahre alte Inflationstheorie „gründet sich nicht auf der heute bekannten Physik, sondern geht weit darüber hinaus“, sagte Efstathiou.

So sagen Modelle beispielsweise vorher, mit welcher Häufigkeit Flecken unterschiedlicher Größe auftreten sollten. Es ist schon sehr erstaunlich, mit welcher Präzision die Planck-Daten mit den einfachsten Inflationsmodellen übereinstimmen. Doch es gibt Abweichungen davon, über die die Kosmologen heiß diskutieren. Zum Beispiel findet Planck etwas weniger große Flecken, als vorhergesagt. Eine Erklärung hierfür steht noch aus.

Ohne Frage vorhanden ist aber ein anderer seltsamer Befund: eine Asymmetrie zwischen zwei Hemisphären des Himmels. In einem Teil finden sich mehr Verdichtungen als im anderen. Schon Plancks Vorgänger Wmap hatte Hinweise auf die Ungleichmäßigkeit gefunden, doch hielten die meisten Forscher dies damals für eine fehlerhafte Datenanalyse. „Planck zeigt, dass diese Anomalie eindeutig am Himmel ist“, sagte Enßlin.

Viele Kosmologen sehen dieses Ergebnis jedoch mit großer Skepsis, weil die Trennebene dieser beiden Himmelshälften mit der Ebene unseres Sonnensystems übereinstimmt. Dieses kann aber mit einer möglichen Ausrichtung der Hintergrundstrahlung nichts zu tun haben. Deshalb schließt Enßlin einen zwar sehr unwahrscheinlichen, aber denkbaren Zufall nicht aus. „Ein Sechser im Lotto ist auch extrem selten, und doch tritt er fast jedes Wochenende ein“, gab er zu bedenken.

Hat die Asymmetrie ihren Ursprung aber doch im jungen Universum, so könnte dies bedeuten, dass es in einer Richtung etwas anders strukturiert ist. Das widerspricht allen kosmologischen Modellen. Theoretisch könnte die Ursache hierfür sein, dass sich der Raum nicht in alle Richtungen gleich schnell ausdehnt, oder dass er als Ganzes rotiert – eine alte Hypothese, die aber stets spekulativ blieb.

Es gibt noch eine andere faszinierende Erklärungsmöglichkeit für die Asymmetrie, mit der sich Jean-Luc Lehners vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Golm beschäftigt. Er arbeitet an einer Theorie des zyklischen Universums, wonach es ein Vorgänger-Universum gab, das sich zusammenzog und dann wieder ausdehnte. In diesem Fall war der Urknall ein Durchgangsstadium und kein kompletter Neustart. Dementsprechend könnten sich asymmetrische Strukturen zum heutigen Universum durchgepaust haben.

Die Suche geht weiter. Bis Donnerstag waren nur die Werte der ersten 15 Monate dauernden Messphase ausgewertet. Der Datensatz wird sich noch einmal mehr als verdoppeln. Dann wollen die Forscher auch herausfinden, ob die Hintergrundstrahlung teilweise polarisiert ist, das heißt, ob sie vorwiegend in einer Ebene schwingt. „Wenn wir hier auch eine Asymmetrie finden, müssen wir ganz neu darüber nachdenken“, sagte Enßlin. Am Ende ist die Kosmologie jedenfalls nicht.

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