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Sonntag, 22.10.2017
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Störeffekte mit Zusatznutzen

Warum das vermeintliche Inflations-Signal keines war

Im März 2014 sorgte a href="http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-17339-2014-03-18.html">eine Meldung weltweit für Aufsehen: Es hieß, Astronomen hätten in der kosmischen Hintergrundstrahlung erstmals den Beweis für die kosmische Inflation entdeckt – die explosive Ausdehnung, die Sekundenbruchteile nach dem Urknall das Universum exponentiell ausdehnte. Theoretisch postuliert wird diese explosive Ausdehnung schon länger, ob es sie aber wirklich gegeben hat, ist strittig.

In diesen kurvigen Spuren im Polarisationsmuster der Hintergrundstrahlung vermuete Astronomen ein Signal der kosmischen Inflation.

In diesen kurvigen Spuren im Polarisationsmuster der Hintergrundstrahlung vermuete Astronomen ein Signal der kosmischen Inflation.

Spuren uralter Gravitationswellen…


Den lange gesuchten Beweis für die kosmische Inflation wollten die Astronomen vom BICEP2-Array, einem am Südpol stehenden Mikrowellen-Teleskop, nun jedoch endlich gefunden haben. Für ihre Studie hatten sie in der kosmischen Hintergrundstrahlung nach einem ganz bestimmten Muster gefahndet: den B-Modi, einer Art Kurvenmuster in der Polarisation der Urzeit-Strahlung.

Der Grund dafür: Wenn es die kosmische Inflation gegeben hat, dann hätte diese explosive Ausdehnung starke Gravitationswellen im frühen Kosmos ausgelöst. Diese Wellen wiederum müssten im Ur-Plasma Spuren und daher auch bei Freisetzung der Hintergrundstrahlung Spuren hinterlassen haben. Die dafür typischen Muster schienen die Astronomen des BICEP2-Projekts zunächst auch gefunden zu haben.

Staubdichte und Orientierung des galaktischen Magnetfelds im von BICEP2 untersuchten Himmelsausschnit (weißer Umriss)

…erweisen sich als Staub


Knapp ein Jahr später jedoch entpuppte sich die Freude als verfrüht. Denn neue Daten des Planck-Satelliten und der BICEP2- und Keck-Teleskope ergaben, dass die Astronomen einem Störeffekt aufgesessen waren: Der größte Teil der vermeintlichen Gravitationswellen-Signale stammte stattdessen von Verzerrungen der Strahlung durch interstellarer Staub in der Milchstraße.

Denn: Unsere Instrumente empfangen die Hintergrundstrahlung nicht in ihrer ursprünglichen, puren Form. Stattdessen durchströmt die Strahlung auf ihrem Weg zu uns enorme Bereiche des Kosmos – und wird auf diesem Weg durch verschiedenste Störeffekte verzerrt und verändert. Passiert die Strahlung beispielsweise massereiche Galaxien und Galaxiencluster oder Ansammlungen Dunkler Materie, wird sie durch deren Schwerkraft abgelenkt. Kosmischer Staub wiederum kann zur Streuung der Strahlung führen – und dadurch ebenfalls das subtile Muster des Mikrowellen-Hintergrunds verändern.

Diese Grafik verdeutlicht, wie große Massen im Vordergrund das Licht der Hintergrundstrahlung verzerren – ein Störeffekt, der einkalkuliert werden muss.

Was die Störeffekte verraten


Nur wenn Astronomen die einzelnen Störeffekte und ihre Wirkung genau kennen, können sie diese bei ihren Auswertungen der Hintergrundstrahlung berücksichtigen – und das war bei den BICEP2-Daten offenbar nicht der Fall. Ob es die kosmische Inflation tatsächlich gegeben hat und ob sich ihr Signal in der kosmischen Hintergrundstrahlung finden lässt, bleibt daher vorerst unklar.

Ungeachtet dieser Probleme haben die verzerrenden Vordergrund-Effekte jedoch durchaus Vorteile: Aus ihnen können die Astronomen ebenfalls wertvolle Informationen gewinnen. Als der Planck-Satellit die von der Milchstraße ausgehenden "Störsignale" kartierte, enthüllte er beispielsweise eine zuvor unbekannte, riesige Ringstruktur. Dieser aus polarisierter Synchrotronstrahlung gebildete Ring nimmt ein Drittel des gesamten Himmels ein.

Eine weitere Kartierung ermöglichte es Astronomen, die bisher genaueste Karte des Magnetfelds in unserer Milchstraße zu erstellen. Sie gibt Einblicke in die Verteilung von interstellarem Staub, erlaubt aber auch Rückschlüsse auf die Geschichte unserer Heimatgalaxie.
Nadja Podbregar
Stand: 21.04.2017
 
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