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Donnerstag, 08.12.2016
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Erste Sterne entstanden später als gedacht

Daten des Planck-Satelliten liefern neue Erkenntnisse zum frühen Universum

Überraschung in uraltem Licht: Die ersten Sterne im Universum entstanden deutlich später als bisher angenommen. Das belegt die neue Kartierung der kosmischen Hintergrundstrahlung durch den Planck-Satelliten der ESA. Das "Dunkle Zeitalter" unseres Kosmos endete demnach erst rund 550 Millionen Jahre nach dem Urknall. Die neuen Planck-Daten liefern aber auch neue Erkenntnisse über die Grundlagen unserer Kosmologie.
Planck-Karte der Polarisierung des kosmischen Hintergrundstrahlung

Planck-Karte der Polarisierung des kosmischen Hintergrundstrahlung

Die kosmische Hintergrundstrahlung ist ein fernes Echo des ersten Lichts im Kosmos, in ihr stecken daher wertvolle Informationen über diese Zeit. Sie wurde frei, als 380.000 Jahre nach dem Urknall aus dem Urplasma die ersten Atome entstanden. Das Polarisationsmuster dieses ersten, heute noch als Mikrowellen erhaltenen Lichts, spiegelt daher die Bedingungen wider, die damals, am Anfang unseres Kosmos herrschten.

Der ESA-Satellit Planck hat zwischen 2009 und 2013 die bisher detailliertesten Messungen dieses kosmischen Mikrowellen-Hintergrunds durchgeführt. Jetzt haben Astronomen die neuesten Auswertungen dieser Daten veröffentlicht. Sie geben einen sehr viel genaueren Einblick in die Struktur des frühen Universums und seine Entwicklung als alle vorherigen Kartierungen. "Wir können damit Parameter wie das Alter des Universums, seine Expansionsrate und seine Zusammensetzung aus normaler und Dunkler Materie und Dunkler Energie ermitteln", erklärt François Bouchet vom Institut d'Astrophysique de Paris.

Die neuen Daten sind so detailreich wie nie zuvor.

Die neuen Daten sind so detailreich wie nie zuvor.

Rätsel um erste Sterne


Eines der Rätsel um das frühe Universum könnten die Planck-Daten bereits gelöst haben: Die Bildung der ersten Sterne. Dies geschah erst einige Zeit nach der Bildung der ersten Atome und leitete eine neue Epoche des Kosmos ein, die Reionisierung. Die intensive Strahlung der jungen Sterne ionisierte die Wolken aus neutralem Wasserstoffgas und schuf damit eine wichtige Voraussetzung für die weitere Entwicklung. Wann aber die ersten Sterne entstanden und die Reionisierung begann, war bisher strittig.


Frühere Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung deuteten zwar auf einen Beginn rund 450 Millionen Jahre nach dem Urknall hin. Aber das passte nicht zu Beobachtungen des Weltraumteleskops Hubble, das in einer "Volkszählung" von Galaxien aus dieser Zeit zu wenig Strahlenquellen fand. Sie allein hätten nicht ausgereicht, um das dunkle Zeitalter zu beenden. Astronomen spekulierten daher, ob es womöglich zusätzlich noch unbekannte exotische Strahlenquellen gab.

Planck-Daten lösen Widerspruch


Die neuen Daten des Planck-Satelliten der ESA machen dies nun überflüssig, denn nach ihnen waren die von Hubble beobachteten Galaxien nur die ersten Vorboten der großen Reionisierung. "Die Merkmale des kosmischen Mikrowellen-Hintergrunds sprechen dafür, dass das dunkle Zeitalter erst 550 Millionen Jahre nach dem Urknall endete – rund 100 Millionen Jahre später als bisher gedacht", erklärt Marco Bersanelli von der Universität Mailand.

"Angesichts der knapp 14 Milliarden Jahre, die seit Entstehung des Universums vergangen sind, erscheinen 100 Millionen Jahre nicht viel. Aber für die Entstehung der ersten Sterne ist das ein entscheidender Unterschied." Denn die Sternenbildung im frühen Kosmos und ihre Folgen spielen auch für die Erforschung der "dunklen" Komponenten unseres Universums eine wichtige Rolle.

Auch die Einflüsse von Vordergrundstrukturen wie dem Staub in der Milchstraße sind nun genauer kartiert und bestimmt.

Auch die Einflüsse von Vordergrundstrukturen wie dem Staub in der Milchstraße sind nun genauer kartiert und bestimmt.

Kosmologisches Weltbild bestätigt


Die neuen Planck-Daten bestätigen zudem vorherige Messungen und Annahmen über die Verteilung und Zusammensetzung der Materie im All. Auch das gängige kosmologische Modell, das sich durch sechs physikalische Parameter beschreiben lässtlässt und in dem die Dunkle Materie eine wichtige Rolle spielt, wird erneut bekräftigt. "Es gibt keinerlei Belege für eine Erweiterung des Sechs-Parameter-Modells oder zwingende Gründe für eine neue Physik", betonen die Forscher der Planck-Kollaboration in ihrem zusammenfassenden Fachartikel. "Fünf der sechs Parameter sind zudem nun mit einer Genauigkeit von besser als ein Prozent bestimmt."

Bereits vor einigen Tagen hatten die Planck-Daten bestätigt, dass die vermeintlichen Signale der kosmischen Inflation, die die BICEP2-Kollaboration im letzten Jahr nachgewiesen zu haben glaubte, leider keine sind. Die damals registrierten Polarisationsmuster stammen demnach nicht von Graviationswellen aus der Frühzeit des Universums, sondern wurden größtenteils von interstellarem Staub in der Milchstraße hervorgerufen. (Planck 2015 Results)
(ESA/ PLanck Collaboration, 06.02.2015 - NPO)
 
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