Licht und Asche des Urknalls

Strukturbildung, waren gefunden! Seither hat sich die genaue Vermessung der Hintergrundstrahlung zu einem der wichtigsten Zweige der beobachtenden Kosmologie entwickelt. Aus der Stärke der Fluktuationen, gemessen in Abhän- gigkeit von den Winkelskalen, auf denen sie auftreten, lassen sich nämlich, so zumindest die Hoffnung der Astro- physiker, eine Vielzahl von Informationen über unseren Kosmos gewinnen. Art und Umfang der Dunklen Materie sollten sich ebenso bestimmen lassen wie die Dichte der baryonischen Materie, die Kosmolo- gische Konstante und sogar das genaue Alter des Kosmos.
   Die in der Hintergrundstrahlung sichtbaren Variationen sind ein Finger- abdruck des Ursprungs der heute im Universum sichtbaren Strukturen, damit auch Ausgangspunkt der immer aufwen- digeren Computersimulationen, mit denen die Wissenschaftler versuchen, die zeitliche Entwicklung der Materie- verteilung nachzuvollziehen und zu verstehen (Bilder auf dieser Doppelseite).
   Diese Rechnungen zeigen, wie die Struktur- bildung von den Zutaten der Materiesuppe und von den Werten der kosmologischen Parameter beeinflußt wird. So erweist es sich beispielsweise als unmöglich, in einem Szenario mit »heißer« dunkler Materie (also zum Beispiel energiereichen Neutrinos, Beitrag ab Seite 22) die beobachtete Verteilung der Materie zu reproduzieren: In diesen Modellen bilden sich die Strukturen viel zu langsam (Bilder rechts).
   Heute ist daher unter den Struktur- bildungs-Experten die »kalte« dunkle Materie en vogue. Ihre Bestandteile sind allerdings höchst spekulativ: Axionen etwa, oder Photinos, Teilchen, deren Existenz zwar von einigen Theorien vorhergesagt wird, die aber bislang noch niemand im Labor zu Gesicht bekam.
   Jene Schwankungen der Hintergrund- strahlung, aus denen die heutigen sichtbaren Strukturen des Kosmos entstanden, finden sich erst bei kleinen Winkelskalen unterhalb von einem Grad. Die Cobe-Messungen waren noch zu grob, um sie aufzuspüren (Bilder Seite 110 unten). Nach der Cobe-Mission wurden daher in zahlreichen Experi- menten etwa vom Südpol oder von hoch fliegenden Ballonen aus weitere Messun- gen der Temperaturschwankungen des Mikrowellenhintergrunds vorgenommen. Alle diese Messungen zeigen tatsächlich Variationen im Bereich von einem tausendstel Prozent auf Skalen von zehn Grad bis hinab zu einem halben Grad.
   Die Messungen sind jedoch nicht einfach - und zum Teil noch umstritten.