Gravitationswellen vom Urknall

Astronomen sind erstmals auf eine direkte Spur der kosmischen Inflation gestoßen, einer nur Sekundenbruchteile dauernden Epoche, in der sich der Kosmos unmittelbar nach dem Urknall rasant aufgebläht hat. Das in der Antarktis stationiertes Spezialteleskop BICEP2 hat Schwankungen in der kosmischen Hintergrundstrahlung aufgespürt, die genau den theoretischen Vorhersagen für die Inflation entsprechen. Ursache der beobachteten wirbelförmigen Muster in der Polarisation der Hintergrundstrahlung sind von der Wucht der inflationären Aufblähung erzeugte Gravitationswellen, berichtet das BICEP2-Forscherteam online auf dem wissenschaftlichen Dokumentenserver arXiv.

Polarisation der Hintergrundstrahlung

„Wir sehen wahrscheinlich das erste Mal Gravitationswellen am Himmel – und sie geben uns einen Einblick in das ganz frühe Universum“, erläutert John Kovac vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics im amerikanischen Cambridge, der das BICEP2-Projekt leitet. Etwa 380 000 Jahre nach dem Urknall wurde der Kosmos für elektromagnetische Strahlung durchsichtig. Aus dieser Zeit stammt die gleichmäßig aus allen Richtungen zur Erde kommende Hintergrundstrahlung. Dieses „Strahlungsecho“ des Urknalls ist heute auf eine Temperatur von 2,7 Grad über dem absoluten Nullpunkt abgekühlt.

Winzige Temperaturschwankungen in der Hintergrundstrahlung haben den Kosmologen bereits eine Vielzahl von Informationen über unser Universum, seine Entstehung und Entwicklung geliefert. Kovac und seine Kollegen haben mit BICEP2 nicht die Temperatur, sondern die Polarisation der Hintergrundstrahlung untersucht. Dazu haben sie sich eine 380 Quadratgrad – gerade einmal zwei Prozent der gesamten Himmelssphäre – große, von Störungen möglichst freie Region in der Nähe des Himmelssüdpols ausgewählt. Denn die große Sorge der Forscher ist, dass Objekte im Vordergrund die Strahlung verändern und so das Inflationsmuster vortäuschen.

Deshalb werden die BICEP2-Ergebnisse vor einer Veröffentlichung in einem Fachjournal nun kritisch von Fachkollegen in aller Welt geprüft. „Es wird jetzt eine Menge Diskussionen über Vordergrund-Effekte geben“, weiß Kovac, „aber wir haben die besten verfügbaren Modelle verwendet und sind uns sicher, dass unser Signal real ist.“ Eine endgültige Bestätigung kann allerdings nur durch unabhängige Beobachtungen mit einem anderen Instrument erfolgen. Diese könnte schon bald das Satelliten-Observatorium Planck liefern. Planck hat bereits die bislang besten Messungen der Temperaturschwankungen geliefert. Derzeit wertet das Planck-Team die Polarisationsdaten aus – die dann die BICEP2-Messungen entweder bestätigen oder widerlegen könnten. Zurzeit geben die Wissenschaftler die statistische Signifikanz ihrer Daten mit über „fünf Sigma“ an, ein Maß, das gemeinhin für eine Entdeckung steht.