US-Forschern ist es mit dem Teleskop „Bicep2“ gelungen, Milliarden Jahre zurück in die Vergangenheit zu horchen. Das am Südpol aufgestellte Gerät ist auf das „South Hole“, eine Region außerhalb unseres Sonnensystems, gerichtet und hat nun die Signatur so genannter Gravitationswellen in der kosmischen Hintergrundstrahlung aufgefangen. Damit gilt die bereits 30 Jahre alte These über einen entscheidenden Entwicklungsschritt des Universums als belegt.
„In einem ersten flüchtigen Bruchteil einer Sekunde hat sich das Universum exponentiell erweitert und erstreckt sich weit über die Ansicht unserer besten Teleskope. All das war natürlich Theorie“, heißt es hierzu in einer Mitteilung der Universität Harvard. Doch jetzt gebe es einen „ersten direkten Beweis für die kosmische Inflation“. Die Gravitationswellen gelten als die ersten Erschütterungen nach dem Urknall. Albert Einstein hatte diese Gravitationswellen zwar in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie beschrieben. Bisher war jedoch noch keine Aufzeichnung gelungen. Die jetzt gesammelten Daten würden damit eine tiefe Verbindung zwischen Quantenmechanik und der allgemeinen Relativitätstheorie bestätigen, so die Universität.
Neues Licht auf grundlegende Fragen
„Die Entdeckung dieses Signals ist eines der wichtigsten Ziele der heutigen Kosmologie“, so John Kovac vom Harvard-Smithsonian-Zentrum für Astrophysik und wissenschaftlicher Leiter von „Bicep2“. Und noch mehr, wie sein Universitätskollege, der Astrophysiker Avi Loeb herausstellt. Ihm zufolge würden die jüngsten Ergebnisse ein neues Licht auf einige der grundlegendsten Fragen werfen. Unter anderem: „Warum wir existieren, und wann das Universum begann.“
Im Fokus des Interesses der Forscher stand die kosmische Hintergrundstrahlung im Mikrowellenbereich. Dieses als Nachglimmen des Urknalls bekannte Phänomen schimmert bis heute durch das Weltall. Genau hier setzten sie an. Direkt nachweisen konnten die Amerikaner die Gravitationswellen zwar nicht, wohl aber deren charakteristische Muster. Und diese müssen während der Phase der Inflation vor gut 13,8 Milliarden Jahren entstanden sein. „Wir haben nach einem bestimmten Typ der Polarisation gesucht, den so genannten B-Modi“, sagt Jamie Bock vom California Institute of Technology. Diese entstanden, als die Gravitationswellen den Raum im frühen Universum verzerrten und dabei auch die Schwingungsrichtung der Lichtwellen beeinflussten. Der Clou: Die Gravitationswellen besitzen eine „Händigkeit“. Die Richtung der Schwingungen kann also sowohl nach links als auch rechts drehen. „Wegen dieser charakteristischen Händigkeit sind die kurvigen Muster der B-Modi eine einzigartige Signatur der Gravitationswellen“, so BICEP2-Team-Mitglied Chao-Lin Kuo von der Stanford University. Und genau dieses Muster wurde nun entdeckt.
Drei Jahre sorgfältige Überprüfung
Wie überraschend der Fund für die Fachwelt ist, beschreibt der stellvertretende Forschungsleiter, Clem Pryke, von der Universität von Minnesota: „Es war wie die Suche nach einer Nadel im Heuhaufen, aber stattdessen haben wir eine Brechstange gefunden.“ Drei Jahre lang wurde anschließend immer wieder überprüft, um jeglichen Irrtum auszuschließen.
Die Theorie von der überlichtschneller Expansion des Universums geht auf den US-Physiker Alan Guth zurück. Nur aufgrund seiner 1980 eingeführten Modelle waren bisher viele Eigenschaften des Universums überhaupt erklärbar. Allerdings fehlte bisher der endgültige direkte Beweis, dass es eine solche Inflationsphase tatsächlich gegeben hat.
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