Dem Echo des Urknalls gelauscht

4. Oktober 2006, 13:34
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Den Physik-Nobelpreis 2006 teilen sich die US-Forscher John C. Mather und George F. Smoot für ihre Arbeit zur kosmischen Hintergrundstrahlung

Den diesjährigen Nobelpreis für Physik teilen sich die US-Forscher George Smoot und John Mather. Mit ihren Studien zur kosmischen Hintergrundstrahlung, die das Echo des Urknalls darstellt, untermauerten die Astrophysiker die Theorie vom Big Bang.


Stockholm/Wien - Am Taubendreck lag es auch nicht. Selbst als die US-Physiker Arno Allen Penzias und Robert Woodrow Wilson im Jahr 1964 ihre neue Antenne am Dach der Bell Laboratorien in Holmdel, New Jersey, gereinigt hatten, empfingen sie dieses rätselhafte Rauschen. Konnte es sein, dass sie zufällig die in den 1940ern als direkte Folge eines Urknalls vorhergesagte kosmische Hintergrundstrahlung erstmals einfingen und dokumentierten? Es konnte - was Penzias und Wilson 1978 den begehrten Nobelpreis für Physik einbrachte.

Nun, 28 astrophysikalische Forschungsjahre später, bringt diese kosmische Hintergrundstrahlung, die auch als Echo des Urknalls bezeichnet wird, erneut einen Physiknobelpreis ein: Die diesjährige Auszeichnung und das damit verbundene Preisgeld von umgerechnet rund 1,1 Millionen Euro teilen sich die beiden US-Forscher George Smoot und John Mather, gab am Dienstag Schwedens Königliche Akademie der Wissenschaften in Stockholm bekannt.

Kosmologie zur exakten Wissenschaft gemacht

Mit ihren Echo-Studien hätten die beiden Astrophysiker die Theorie vom Big Bang untermauert, eine Erklärung für die Entstehung von Sternen und Galaxien geliefert und die "Kosmologie zu einer exakten Wissenschaft" gemacht, heißt es in der Erklärung. Die Verleihung findet am 10. Dezember, dem Todestag des Preisstifters Alfred Nobel, statt.

Am Anfang...nichts zu sehen

Vor etwa 13,7 Milliarden Jahren machte es Rums. Doch bis knapp 400.000 Jahre nach Big Bang gab es rein gar nichts zu sehen. In diesem dunklen Zeitalter war es so heiß, dass Teilchen und Licht in einem suppenartigen Plasma köchelten. Ähnlich dem Inneren unser Sonne bestand das junge Universum aus freien Elektronen, Wasserstoff- und Heliumkernen und Photonen (Lichtteilchen) - die ob der Temperatur aber nicht frei kamen. Strahlung und Materie waren ein unsichtbarer Einheitsbrei.

Erst als sich die Temperatur auf rund 3000 Grad Celsius abgekühlt hatte, vereinigten sich Kerne und Elektronen zu Atomen - dabei wurden Photonen abgegeben: Ein gigantischer Lichtblitz durchzuckte das Universum, der heute noch als kosmische Hintergrundstrahlung messbar ist.

Hier kommen Smoot und Mather ins Spiel, die ihre Studien auf jene Daten aufbauten, die ihnen vom 1989 gestarteten Nasa-Satelliten COBE (Cosmic Background Explorer) geliefert wurden. Die Hintergrundstrahlung, die aus jeder Richtung des Universums kommt, ist mittlerweile abgekühlt und entspricht nur noch einer Temperatur von 2,7 Grad Kelvin, liegt also knapp über dem absoluten Nullpunkt. Diese Abkühlung wiederum ist die Folge der permanenten Expansion des Universums, die es nach gängiger Lehrmeinung nur geben kann, wenn die Urknalltheorie zutrifft.

Ein kleiner Haken

So weit so gut, doch hatten die Messergebnisse über die kosmische Hintergrundstrahlung vor den Studien der diesjährigen Nobelpreisträger einen Haken: Penzias und Wilson kamen nämlich immer auf konstante Werte - die Strahlung hätte demnach im All völlig gleich verteilt sein müssen. Dann jedoch wäre auch die Materie im frühen Universum völlig homogen verteilt gewesen - unsere Milchstraße hätte so nie entstehen können.

Damit sich Sterne und Galaxien bilden konnten, musste es laut Theorie schon im frühesten Universum Dichteunterschiede gegeben haben. Um diese Verdichtungen musste sich Materie angesammelt haben. Und solche Dichteunterschiede mussten sich auch auf die Temperatur der Hintergrundstrahlung ausgewirkt haben. Tatsächlich gelang es Smoot und Mather, minimalste Temperaturdifferenzen von Hunderttausendsteln Grad Celsius in der Strahlung nachzuweisen - und damit zu zeigen, wo und dass sich Materie zusammenzuballen begann: an Orten, die die Keimzellen von Sternen und Galaxien bildeten. Weiters bieten die Forschungen die Möglichkeiten zur Berechnung Dunkler Materie und Dunkler Energie. (Andreas Feiertag/DER STANDARD, Print-Ausgabe, 4.10. 2006)

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    John C. Mather (60) arbeitet an der Astrophysics Science Division des Nasa Goddard Space Flight Center in Greenbelt. Er studierte Physik an der University of California. Mather war treibende Kraft hinter COBE. Als er mit Smoot 1990 die ersten Ergebnisse auf einem US-Kongress bekannt machte, gab es Standing Ovations. Und die Publikation der gesamten Studien 1992 kommentierte Star-Physiker Stephen Hawking mit "die größte Entdeckung des Jahrhunderts, wenn nicht aller Zeiten".

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    George F. Smoot (61) arbeitet am Lawrence Berkeley National Laboratory der University of California in Berkeley. Sein Physikstudium absolvierte er am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge. Smoot war wie sein Partner John Mather bereits in die Planungsphase des Nasa-Satelliten COBE involviert (in Summe beteiligten sich etwa 1000 Wissenschafter an dem Weltraumprojekt). Er war hauptsächlich für die Messung der minimalen Temperaturdifferenzen verantwortlich. John Mather war treibende Kraft hinter dem COBE-Satellitenprojekt.

  • So könnte eine erste Galaxie ausgesehen haben: Hinweise darauf lieferten die Geehrten mit Studien zur Hintergrundstrahlung.
    foto: standard/w. m. keck observatory

    So könnte eine erste Galaxie ausgesehen haben: Hinweise darauf lieferten die Geehrten mit Studien zur Hintergrundstrahlung.

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    Gunnar Oquist von der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften (links) und Per Carlson vom Nobelpreis-Kommittee (rechts) gaben die Gewinner des diesjährigen Nobelpreises für Physik bekannt.

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