weil – ohne sie ist die moderne Kosmologie ziemlich hilflos.
Die Dunkle Materie sorgte, da sie nicht mit elektromagnetischer Strahlung reagiert, aber Schwerkraft ausübt, dafür, dass sich die Materie um die Inhomogenitäten schneller zusammenballen konnte und so die Entstehung der Galaxien ermöglichte. Die Dunkle Energie hält mit ihrer abstoßenden Wirkung die Galaxien auf notwendigen Abstand und lässt den Raum trotz Gravitation expandieren. Die Inflation, also die plötzliche exponentiellen Aufblähung des Raumes auf das 10^x-fache in der Frühphase der Expansion, macht das Universum flach und sorgt auch mit Hilfe von Quantenfluktuationen für Anfangs-Inhomogenitäten der notwendigen Größe.
Sie macht jedoch auch die Einführung eines speziellen Quantenfeldes notwendig. Die Teilchen des Feldes heißen Inflatonen. Die existierten ausschließlich in dieser ganz frühen Phase des Universums und wurden seitdem nie wieder gesehen. Das heißt, sie wurden noch nie gesichtet und werden das auch nie. Muss ich noch ausdrücklich erwähnen, dass die Herkunft des Feldes unklar ist, wie seine Existenz auch nicht nachgewiesen, es also eine reine Konstruktion ist?
Im März 2014 schien aus der Konstruktion Inflation ziemlich plötzlich doch Realität zu werden. Da wurde nämlich verkündet, es sei nunmehr erstmals ein Beweis für diesen außerordentlich stürmischen Prozess gefunden worden. Wissenschaftler des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysik hätten mit der am Südpol stationierten BICEP2-Anlage die Polarisierung der Hintergrundstrahlung untersucht. Dabei sei man auf einen deutlich höheren Wert der so genannten B-Modi gestoßen. B-Modi sind bestimmte Polarisationsmuster, die von starken Turbulenzen stammen könnten, die ihrerseits von der Inflation im frühen Kosmos zeugen würden. Man sei sehr sorgfältig vorgegangen, habe, um Fehler zu vermeiden, die Messungen wiederholt und die Ergebnisse drei Jahre lang überprüft.
Die Euphorie war groß. Da war ja nicht nur ein Beweis für die Inflation gefunden worden, sondern auch gleich mal Bilder von Gravitationswellen, die man bis dato auch nur vom “Hörensagen” kannte, gemacht worden und die enge Beziehung von Quantenphysik und Relativitätstheorie sei nun auch bewiesen. Eilfertig gratulierten beispielsweise die Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik und sprachen schon öffentlich vom Nobelpreis.
(nach M. Holland; Urknall: Erster direkten Beweis für kosmologische Inflation; heise online; 17. 03. 2014)
Ein Jahr später verschwand die große Entdeckung im Staub der Geschichte. Skeptische Forscher hatten sich daran gemacht, mit dem gleichen Gerät BICEP2, den Daten des Planck-Satelliten und des Keck-Teleskops auf Hawaii die Polarisationsmuster der Hintergrundstrahlung noch einmal, aber etwas anders zu untersuchen. Sie nahmen sich den selben Himmelsabschnitt vor, in dem die B-Modi festgestellt worden sein sollten. Sie zogen nun allerdings von den hier registrierten Signalen alle Signale ab, die in dieser Region von galaktischem Staub stammen. Das macht Sinn, denn B-Modi müssen nicht von der Inflation stammen, sie können auch von gewöhnlichem Staub erzeugt werden. Und schon hatte sich die große Entdeckung erledigt.
"Unsere Arbeit zeigt, dass der Nachweis von primordialen B-Modi nicht länger robust ist, wenn diese vom Staub stammenden Signale von den BICEP2-Daten abgezogen werden. Daher können wir leider nicht bestätigten, dass dieses Signal von der kosmischen Inflation stammt."
(Jean-Loup Puget; Universität Paris; in SCINEXX.de; ESA 02. 02. 2015)
Und so haben wir jetzt ein zwar farbenfrohes, aber ziemlich unstimmiges Bild vom frühen Universum. Um irgendeine Bestätigung dafür, dass es die Inflationsphase tatsächlich gab, bemühen sich die Physiker noch, von der Natur der Dunklen Materie haben sie keine Ahnung, von der der Dunklen Energie aber – auch nicht.
Ach ja, die Europäer durften auch mal ran – an die Hintergrundstrahlung. Und selbstverständlich lieferte deren Satellit Planck nach langen 15 ½ Monaten Messzeit ein noch genaueres Bild. Aus den WMAP-Daten war ein Weltalter von 13,7 Milliarden Jahren abgeleitet worden. Die Planck-Daten korrigierten das auf 13,81. Der Wert der Hubble-Konstante H sollte nun auch nicht mehr um die 70 betragen, sondern nur noch 67,15.
Hatte man davor den Anteil der “normalen“ Materie mit 4,5 %, den der Dunklen Materie mit 22,7 und den der Dunklen Energie mit 72,8 % beziffert, hieß es nach Planck, bei der uns bekannte Materie müsse man nun mit 4,9, bei der Dunklen Materie mit 26,8 bei der Dunklen Energie jedoch nur noch mit 68,3 % rechnen.
Nun gut, das mag für die Spezialisten wichtig sein, für uns sind solcherart Korrekturen wenig aufregend. Sie ändern ja nichts daran, dass wir nur einen kleinen Teil des Universum kennen. Ob unser Unwissen 95,5 oder 95,1 % des Universums umfasst, ändert am Maß des Unwissens nur wenig. Planck hatte es so aber immerhin doch bestätigt, das Unwissen.
Die bunte Grafik der Planck-Daten liefert die ESA and the Planck Collaboration unter
http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2013/03/Planck_CMD
Aber plötzlich war die Reaktion der Forscher nicht mehr gar so euphorisch. Ja schon, meinten sie, das Universum ist wohl so, wie wir es uns gedacht haben, aber vielleicht doch nicht ganz so. Und der Urknall muss da auch vielleicht etwas anders verlaufen sein, als gedacht.
Woher diese Unsicherheiten plötzlich herkamen? Nun, die Planck-Daten verwiesen auf Unregelmäßigkeiten und Anomalien, die man zwar schon bei WMAP gesehen, aber noch nicht sehr ernst genommen hatte. Bei der Präzision, mit der Planck gemessen haben soll, konnte man darüber nun aber nicht einfach hinwegsehen oder sie als zufällige Messfehler wegschieben. Jetzt waren sie in Form konkreter Daten da:
Es gibt zwischen dem nördlichen und dem südlichen Himmel Unterschiede. Die Temperaturfluktuationen im südlichen Himmel sind größer als in der Nordhälfte, es gibt also eine Asymmetrie in den Temperaturschwankungen zwischen Süd und Nord. (ESA / Bild der Wissenschaft / Welt der Physik / Max Planck Gesellschaft u. a. ; 2013)
Das sollte es eigentlich nicht geben, wenn die Annahme richtig ist, das Universum würde in großen Maßstäben überall und in allen Richtungen gleich aussehen. Zu allem Überfluss scheint die Vorzugsrichtung auch noch gekoppelt zu sein mit der Bahnebene der Erde. Das würde das kosmologischen Prinzip, dass wir nichts Besonderes sind, irgendwie nicht mehr so richtig stützen. Zudem wurde festgestellt, dass auf großen Winkelskalen die Temperaturschwankungen geringer sind, als sie es nach dem Standardmodell sein müssten.
Und zu allem Überfluss stieß man auf einen Cold Spot einen mysteriösen kalten Fleck. Die üblichen Temperaturschwankungen in der Hintergrundstrahlung betragen nach den „Berechnungen“ etwa 18 Millionstel Grad. In der Region des Cold Spot ist die Strahlung jedoch 70 Millionstel (!) Grad kühler. Zwar ist das auch kein so gewaltiger Unterschied, reichte aber als eine Abweichung von den Vorstellungen aus, die Physiker unruhig zu machen.
Warum sollte sich aus einem homogenen Zustand heraus, der zudem von der Inflation glatt gebügelt wurde, plötzlich ein Raumgebiet entwickelt haben, das sich doch deutlich vom allgemeinen Geschehen in der frühen Struktur abhob.
Die entsprechende Grafik veröffentlichte die ESA unter www.esa.int/spaceinimages/Images/2013/03/Planck_enhanced_anomalies
Trotz dieser unvermutet aufgetauchten Anomalien sind die Physiker überzeugt, mit den bunten Ostereiern präzise Abbildungen des frühen Universums geliefert und zugleich ihre eigenen Theorien und Modelle überzeugend bestätigt zu haben. Das heißt, so durchgängig überzeugt waren sie wohl nicht.
Unter Berufung auf das Journal of Cosmology and Astroparticle Physics meldete die Online-Seite Welt der Physik (Bundesministerium für Forschung und Bildung / Deutsche Physikalische Gesellschaft) 2014, Schweizer Physiker hätten sich die Planck-Daten noch einmal vorgenommen. Sie verzichteten bei der neuen Interpretation auf das so genannte Masking, mit dem alle für das erhoffte Ergebnis unerwünschten Daten „wegradiert“ werden. Bei Verwendung alternativer Datenverarbeitungstechniken – welche, wurde nicht ausgeführt – verschwanden die Anomalien. Selbst der Cold Spot war plötzlich weg.
Bei der extrem komplexen Analyse der Strahlung wäre es möglich, wurde mitgeteilt,