Wissenschaftler entdecken mit einem Fernseher Echos des Urknalls vor 13,8 Milliarden Jahren

Haben Sie jemals einen leeren Kanal auf Ihrem alten Fernseher eingeschaltet und Bildrauschen gesehen? Dieses unheimliche Geräusch enthält uralte Photonen, die die gewaltsame Entstehung unseres Universums offenbaren.

Ein Analogfernseher, der den Urknall zeigt. Diese Geräte könnten das Echo der Entstehung des Universums anzeigen.

Das Universum entstand vor Milliarden von Jahren in einem sehr dichten und heißen Zustand. Nach dieser „großen Explosion“ begann sich der Weltraum auszudehnen und abzukühlen. Heute können wir Spuren dieser ursprünglichen Hitze in Form von unsichtbarem Licht nachweisen, das den gesamten Kosmos durchflutet.

Das Faszinierendste daran ist, dass wir kein riesiges Teleskop benötigen, um es wahrzunehmen. Mit einem einfachen alten Fernseher, sogar mit einem mit Bildröhren, können wir die Energie vom Anfang aller Zeiten direkt in dem Rauschen beobachten, das vor dem Einschalten unserer Lieblingssendung zu hören war.

Am Anfang war der Kosmos ein undurchsichtiges Plasma, in dem das Licht gefangen war. Als er sich auf etwa dreitausend Grad Kelvin abkühlte, bildeten Elektronen neutrale Atome. In diesem Moment wurden die Signale freigesetzt, um durch den Weltraum zu reisen und schließlich uns zu erreichen.

Dieses Signal ist als kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung oder CMB bekannt und besteht im Wesentlichen aus Photonen, die seit den Anfängen des Universums frei wandern und für Strahlung durchlässig sind. Damit handelt es sich um das älteste Licht, das wir am gesamten Himmel beobachten können.

Analoge Fernseher empfangen elektromagnetische Störsignale; ein winziger Bruchteil davon entspricht der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung, die im gesamten Universum vorhanden ist.

Aufgrund der kosmischen Expansion wurde dieses Licht so stark gedehnt, bis es unsichtbar wurde und sich von einem blendenden Leuchten zu sehr schwachen, kalten Radiowellen verwandelte. Heute liegt seine Temperatur nur noch etwa 2,7 Grad über dem absoluten Nullpunkt.

Eine zufällige Entdeckung unter Tauben

Die Entdeckung dieses kosmischen Rauschens erfolgte völlig zufällig im Jahr 1965, als Arno Penzias und Robert Wilson, zwei Ingenieure bei Bell Labs, versuchten, Störgeräusche aus einer Radioantenne zu eliminieren, weil sie ständig ein anhaltendes, unerklärliches Brummen hörten.

Zunächst dachten sie, das Problem seien Tauben, die in dem Instrument nisteten. Nachdem sie die Vogelkotreste sorgfältig entfernt hatten, blieb das störende Geräusch in alle Richtungen bestehen. Es kam nicht von der Sonne oder unserer Galaxie, sondern aus dem unendlichen Weltraum.

Was sie entdeckten, war die Restwärme des Urknalls, eine Entdeckung, die die theoretischen Vorhersagen von George Gamow aus früheren Jahren bestätigte. Für diese zufällige Entdeckung erhielten Penzias und Wilson 1978 den Nobelpreis für Physik.

Der Zufall ermöglichte es der Menschheit, den Schrei der universellen Geburt zu hören. Dieses Summen, das für andere nur eine Störung war, erwies sich als der endgültige Beweis dafür, dass das Universum in ferner Vergangenheit einen feurigen und äußerst gewaltsamen Anfang hatte.

Die Karte der galaktischen Samen

Moderne Missionen wie COBE und WMAP haben diese Strahlung mit hoher Präzision kartografiert und Farbkarten erstellt, die winzige Temperaturschwankungen darstellen. Diese Schwankungen betragen nur etwa ein Hunderttausendstel des aktuellen und fernen Nachthimmels.

Auf der Karte kennzeichnet Blau Regionen, die etwas kühler als der Durchschnitt sind, während Rot wärmere Gebiete aufgrund höherer Materiedichte anzeigt. Diese kleinen Unterschiede sind grundlegend für das Verständnis, wie Materie entstanden ist und wie Sterne entstanden sind.

Kosmische Mikrowellen-Hintergrundkarte des frühen Universums, erstellt anhand von WMAP-Daten aus neun Jahren, die ursprüngliche Fluktuationen zeigen. Quelle: NASA/WMAP.

Wissenschaftler bezeichnen diese Farbflecken als „Keime“ von Galaxien. Ohne diese anfänglichen Unregelmäßigkeiten hätte die Schwerkraft die Materie nicht zusammenballen können, und das Universum wäre heute in all seinen Weiten ein leerer, langweiliger und völlig gleichförmiger Ort.

Dank dieser winzigen Samen entstanden die ersten Sterne und großen Strukturen, wobei jeder Punkt auf der Karte die Geschichte eines zukünftigen Galaxienhaufens erzählt. Romantisch ausgedrückt könnte man sagen, dass wir hier den architektonischen Entwurf des Kosmos betrachten, geschrieben in uraltem Licht.

Die unsichtbare Hand der Dunkelheit

Allerdings lassen sich nicht alle Wachstumsprozesse allein durch diese „Samen“ erklären. Die baryonische Materie, aus der wir alle bestehen, war zu selten und zu weit verstreut, sodass sie vor Millionen von Jahren die Hilfe der mysteriösen primordialen Dunklen Materie benötigte.

Diese dunkle Substanz, die wir bereits in früheren Artikeln behandelt haben, interagiert nicht mit Licht, aber sie hat eine Schwerkraft, die Gase zusammenzieht und so die Verdichtung von Galaxien ermöglicht. Die Untersuchung der kosmischen Mikrowellenhintergrundkarte hilft uns, diese dominante Komponente unseres riesigen Universums zu verstehen.

Heute wissen wir, dass das Universum etwa 13,8 Milliarden Jahre alt ist, und die Beobachtung der CMB ist wie ein direkter Blick auf unseren eigenen fernen Ursprung. Die Entschlüsselung dieses uralten Codes, der über den Himmel geschrieben ist, ist ein Triumph des menschlichen Intellekts.

Wenn Sie das nächste Mal Bildrauschen auf einem Bildschirm sehen, bleiben Sie ganz still. Sie sind Zeuge des letzten Flüsterns einer feurigen Schöpfung, die vor Äonen stattfand: der wahren Stimme eines Kosmos, der noch immer atmet und sich ausdehnt, ohne aufzuhören ... zumindest vorerst.