Planck-Daten der kosmischen Hintergrundstrahlung bestätigen bisherige Modelle

Die Vorstellung der Wissenschaftler vom Anfang unseres Universums und dessen Entwicklung, das Standardmodell der Kosmologie, ist fast perfekt. So zeigen es die ersten ausgewerteten Daten des Weltraumteleskops Planck. Heute wurden die Ergebnisse der ersten 15 Monate der Planck-Mission vorgestellt. Ergebnis ist eine neue Karte der kosmischen Hintergrundstrahlung, die den kompletten Himmel mit hoher Präzision abbildet.

Die Planck-Karte der kosmischen Hintergrundstrahlung

Die Planck-Daten bestätigen die Theorien der Physiker mit bisher unerreichter Genauigkeit. Ihnen zufolge ist das Universum 13,82 Milliarden Jahre alt und damit rund achtzig Millionen Jahre älter als bisher angenommen. Auch seine Zusammensetzung ist nun besser bekannt: Nur 4,9 Prozent bestehen aus der uns bekannten Materie, 26,8 Prozent sind sogenannte Dunkle Materie und 68,3 Prozent Dunkle Energie. Die bisher angenommen Werte lagen bei 4,5 Prozent für Materie, 22,7 Prozent für Dunkle Materie und 72,8 Prozent für Dunkle Energie. Dunkle Materie unterschiedet sich von normaler Materie, da sie nicht sichtbar ist nur von der Gravitation beeinflusst wird. Die Eigenschaften der Dunklen Energie können auch die Wissenschaftler noch nicht beschreiben, sie wird aber für die beschleunigte Expansion des Universums verantwortlich gemacht.

„Planck enthüllt uns also ein nahezu perfektes Universum“, fasst Jean-Jacques Dordain, Generaldirektor der Europäischen Weltraumorganisation ESA, zusammen, „aber eben nur fast perfekt.“ Denn die extrem gute Übereinstimmung mit den theoretischen Vorhersagen gilt nur bei kleinen Winkeln. Bei größeren Winkeln zeigen die Planck-Daten überraschende Abweichungen von den Modellen. So sind die Temperaturschwankungen in einem Bereich um zehn Winkelgrad deutlich schwächer als vorhergesagt.

Außerdem zeigt sich in der Gesamtkarte der Hintergrundstrahlung eine verblüffende Asymmetrie: Die großräumigen Schwankungen sind auf der einen Hemisphäre deutlich stärker als auf der anderen. Hinweise auf solche Anomalien hatten bereits frühere Messungen des amerikanischen Satelliten WMAP geliefert. Doch erst die Planck-Messungen sind genau genug, um systematische Fehler als Ursache auszuschließen. Zudem gibt es einen ungewöhnlich großen „kalten Fleck“, der bisher nicht erklärt werden kann.

Asymmetrien in der kosmischen Hintergrundstrahlung

Die kosmische Hintergrundstrahlung ist das übrig gebliebene Strahlungsfeld des Urknalls und enthält Informationen über die früheste Phase des Universums und die Bildung erster Strukturen. Diese Strahlung ist sehr homogen, aber es gibt winzige Dichte- und Temperaturschwankungen in denen Informationen über die Entstehung des Universums stecken.

Erst 380.000 Jahre nach dem Urknall war der Kosmos auf 3000 Grad abgekühlt und wurde schlagartig für elektromagnetische Strahlung durchsichtig. Die Expansion des Weltalls hat im Verlauf von Jahrmilliarden die Wellenlängen der damals freigesetzten Strahlung gestreckt und sie abgekühlt. Heute liegt die Temperatur dieser Hintergrundstrahlung nur noch 2,7 Grad über dem absoluten Nullpunkt. Das Strahlungsecho des Urknalls kommt nahezu gleichmäßig aus allen Richtungen zu uns. Doch es sind gerade die Abweichungen – Temperaturschwankungen im Bereich von Millionstel Grad – die für die Forscher von Interesse sind. Denn diese Schwankungen sind Spuren der ersten Materieverdichtungen, aus denen die heutigen Galaxien und Galaxienhaufen hervorgegangen sind. Und da der Ursprung der Schwankungen noch weiter zurück in der Vergangenheit liegt, Sekundenbruchteile nach dem Urknall, liefert ihre Verteilung am Himmel den Astrophysikern wertvolle Informationen über die Vorgänge in jener Epoche.

Möglicherweise kann Planck selbst noch eine Antwort auf die jetzigen Rätsel finden. Denn bislang ist erst die Hälfte der Temperaturmessungen ausgewertet. Außerdem hat Planck nicht nur die Temperatur, sondern auch die Polarisation der Hintergrundstrahlung gemessen. Die Auswertung dieser Daten ist weitaus schwieriger, betont Efstathiou. Es wird noch einige Monate dauern, bis dazu erste verlässliche Ergebnisse vorliegen. „Wir stehen erst am Anfang unseres Unterfangens“, sagt ESA-Projektwissenschaftler Jan Tauber. „Aber wir sind zuversichtlich, dass unsere kontinuierlichen Studien der Planck-Daten weiteres Licht auf diese Rätsel werfen.“ Das Weltraumteleskop Planck startete am 14. Mai 2009 um diese Hintergrundstrahlung zu vermessen und beendete seine Aufgabe im Januar 2012. Seitdem wurden die Daten von über 500 Wissenschaftlern ausgewertet.