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Temperatur des jungen Universums

Eine internationale Gruppe von Astrophysikern hat eine neue Methode entdeckt, um die Temperatur des kosmischen Mikrowellenhintergrunds im jungen Universum nur 880 Millionen Jahre nach dem Urknall zu bestimmen. Es ist das erste Mal, dass die Temperatur der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung – ein Überbleibsel der durch den Urknall freigesetzten Energie – in einer so frühen Epoche des Universums gemessen wurde.

Das vorherrschende kosmologische Modell geht davon aus, dass sich das Universum seit dem Urknall abgekühlt hat – und immer noch abkühlt. Das Modell beschreibt auch, wie der Abkühlungsprozess verlaufen sollte, wurde aber bisher nur für die jüngere Vergangenheit in der kosmischen Geschichte direkt bestätigt. Die Entdeckung setzt nicht nur einen sehr frühen Meilenstein in der Entwicklung der kosmischen Hintergrundtemperatur, sondern könnte auch Auswirkungen auf unser Verständnis der rätselhaften dunklen Energie haben. […]

Die Wissenschaftler nutzten das NOEMA-Observatorium (Northern Extended Millimeter Array) in den französischen Alpen, das leistungsstärkste Radioteleskop der nördlichen Hemisphäre. […] Sie entdeckten einen Schirm aus kaltem Wassergas, der einen Schatten auf die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung wirft. Der Schatten entsteht, weil das kältere Wasser die wärmere Mikrowellenstrahlung auf ihrem Weg zur Erde absorbiert. Seine Dunkelheit offenbart den Temperaturunterschied. Da die Temperatur des Wassers aus anderen beobachteten Eigenschaften des Starbursts bestimmt werden kann, weist der Unterschied auf die Temperatur der Reliktstrahlung des Urknalls hin, die damals etwa siebenmal höher war als im heutigen Universum.

„Neben dem Nachweis der Abkühlung zeigt uns diese Entdeckung auch, dass das Universum in seinen Anfängen einige ganz bestimmte physikalische Eigenschaften hatte, die heute nicht mehr existieren“, sagt Erstautor Professor Dr. Dominik Riechers vom Institut für Astrophysik der Universität zu Köln. „Schon sehr früh, etwa 1,5 Milliarden Jahre nach dem Urknall, war der kosmische Mikrowellenhintergrund zu kalt, um diesen Effekt beobachten zu können. Wir haben also ein einzigartiges Beobachtungsfenster, das sich nur im sehr jungen Universum eröffnet.“ […]

„Dieser wichtige Meilenstein bestätigt nicht nur den erwarteten Abkühlungstrend für eine viel frühere Epoche, als bisher gemessen werden konnte, sondern könnte auch direkte Auswirkungen auf die Natur der schwer fassbaren dunklen Energie haben“, sagt Mitautor Dr. Axel Weiss vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn. In der Astrophysik wird angenommen, dass die dunkle Energie für die beschleunigte Ausdehnung des Universums in den letzten Milliarden Jahren verantwortlich ist, aber ihre Eigenschaften sind nach wie vor schlecht verstanden, da sie mit den derzeit verfügbaren Teleskopen und Instrumenten nicht direkt beobachtet werden kann. Ihre Eigenschaften beeinflussen jedoch die Entwicklung der kosmischen Expansion und damit die Abkühlungsrate des Universums im Laufe der kosmischen Zeit. Auf der Grundlage dieses Experiments bleiben die Eigenschaften der dunklen Energie – vorerst – konsistent mit denen von Einsteins „kosmologischer Konstante“. „Das heißt, ein expandierendes Universum, in dem sich die Dichte der dunklen Energie nicht ändert“, erklärt Weiss. […]

Vollständige Quelle: Universität zu Köln