Ungefähr drei bis vier Prozent der Masse und Energie im Universum bestehen aus gewöhnlicher Materie. Dieses Ergebnis liefern unabhängig voneinander zwei verschiedene Methoden, wie Brian Fields von der Universität von Illinois in Urbana im Fachmagazin Science berichtet.
Die physikalische Betrachtung zweier Zeitepochen liefert Informationen über den prozentualen Anteil gewöhnlicher Materie im Universum. Zwischen der ersten Sekunde und den ersten drei Minuten nach dem Urknall formten sich aus Protonen und Neutronen die Atomkerne, 300.000 Jahre nach dem Urknall wurde die kosmische Hintergrundstrahlung “eingefroren”.
Aufgrund theoretisch-physikalischer Rechnungen weiß man, dass nach Vollendung der Atomkern-Synthese rund 76 Prozent der gewöhnlichen Materie aus Wasserstoff und rund 24 Prozent aus Helium bestanden. Hinzu kommen winzige Anteile von Deuterium ? das ist Wasserstoff mit einem zusätzlichen Neutron ? und Lithium. Der Clou dabei ist: Insbesondere der Deuterium-Anteil hängt direkt mit der Dichte gewöhnlicher Materie im Universum zusammen.
Deshalb liefern die Deuterium-Anteile, die die Astronomen in den verschiedensten Umgebungen im Universum beobachten, die Information, aus der man auf die Dichte gewöhnlicher Materie schließen kann. Das Ergebnis: Um eine Übereinstimmung der theoretischen Rechnungen der Physiker mit den Beobachtungen der Astronomen zu erhalten, muss die Dichte gewöhnlicher Materie im Universum zwischen 2,6 und 4,6 Prozent der gesamten Materie- und Energiedichte im Universum betragen.
Aufgrund anderer Beobachtungsprojekte weiß man, dass insgesamt 30 Prozent der Materie-Energie-Dichte im Universum aus (gewöhnlicher und exotischer) Materie bestehen und die restlichen 70 Prozent “Dunkle Energie” sind. Diese Dunkle Energie ist dafür verantwortlich, dass die Ausdehnungsgeschwindigkeit des Universums zunimmt.
Unabhängig von diesen Überlegungen liefert die kosmische Hintergrundstrahlung ebenfalls Informationen über den Anteil an gewöhnlicher Materie. Nachdem sich aus Neutronen und Protonen die Atomkerne gebildet hatten, dauerte es weitere 300.000 Jahre, bis das Universum sich so weit abgekühlt hatte, dass sich die Atomkerne mit den umherschwirrenden Elektronen zu Atomen vereinigen konnten.
Bis dahin hatten die Elektronen sich der aus Photonen bestehenden kosmischen Hintergrundstrahlung in den Weg gestellt und sie fortwährend gestreut: Das Universum war deshalb undurchsichtig. Seit der Bildung von Atomen hat sich jedoch der Hintergrundstrahlung nichts mehr in den Weg gestellt. Sie ist deshalb so was wie ein Foto des Universums 300.000 Jahre nach dem Urknall. Unter anderem kann man aus winzigen Schwankungen in der Hintergrundstrahlung auf die damaligen physikalischen Vorgänge schließen und daraus wiederum auf den Anteil gewöhnlicher Materie im Universum. Die bisherigen Messungen liefern einen Wert von 4,5 Prozent und liegen damit in der Schwankungsbreite des aus der Kernsynthese geschlossenen Anteils.
Mit Spannung erwarten die Wissenschaftler die ersten Messergebnisse der NASA-Sonde MAP, die die Hintergrundstrahlung genauer als bisher vermessen soll. Nach drei Monaten Flugzeit hat MAP am 1. Oktober seine endgültige Position im so genannten zweiten Lagrange-Punkt des Erde-Sonne-Systems bezogen. In diesem 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entferntem Punkt kann die Sonde stationär positioniert werden, ohne Treibstoff zu verbrauchen. Die ersten Daten werden im kommenden Jahr erwartet.
Axel Tillemans
