Der sichtbare Teil des Universums wiegt hundert Billionen Billionen Billionen Billionen Tonnen. Es können auch ein paar Kilogramm mehr oder weniger sein. So fasst der Kosmologe Jeff Peterson in der aktuellen Ausgabe des New Scientist prägnant die Ergebnisse zusammen, die er und andere Forscher kürzlich präsentieren konnten.
Aus Unregelmäßigkeiten in der kosmischen Hintergrundstrahlung konnten die Forscher die Dichte des Universum berechnen. Ergebnis: Bis auf einen Unsicherheitsfaktor von 6 Prozent entspricht die Dichte exakt jener kritischen Grenzdichte, die ein sich ewig ausdehnendes, negativ gekrümmtes Universum von einem positiv gekrümmten Universum trennt, das irgendwann in sich zusammenstürzt.
Durch dieses Resultat wird die Inflationstheorie erhärtet, derzufolge sich das Universum in den ersten Minuten seiner Existenz um einen Faktor von einer Trillion Trilliarden Trilliarden ausgedehnt haben soll. Jede vor dieser Ausdehnung eventuell vorhandene Krümmung, die das Universum gemäß der allgemeinen Relativitätstheorie gehabt haben muss, wäre durch diese ungeheure Expansion verflacht worden.
Die Unregelmäßigkeiten in der Hintergrundstrahlung entstanden in den ersten 300.000 Jahren des Universums. Während dieser Zeit begann das zunächst gleichförmig verteilte Materieplasma sich aufgrund seiner eigenen Schwerkraft zu den Klumpen zu verdichten, aus denen später die Galaxien entstanden sind. Aber noch war das Universum mit energiereichen Photonen gefüllt, die diese Plasmaklumpen immer wieder auseinander trieben. Diese beiden entgegengesetzt gerichteten Kräfte versetzten die Plasmaklumpen in Schwingungen, deren Frequenz von der Größe der Klumpen abhing.
Nach 300.000 Jahren hatte sich das Universum so weit abgekühlt, dass sich die bis dahin noch freien Elektronen mit den Nukleonen im Plasma zu Atomen verbanden. Es waren aber in erster Linie die Elektronen, die sich immer wieder den Photonen in den Weg gestellt hatten und auf das Plasma lenkten. Jetzt hatten die Photonen freie Bahn und trafen kaum noch mit Materie zusammen. Die Materieklumpen konnten sich ungestört zusammenballen. Die Schwingungen versiegten.
Die Photonen von damals, die seitdem nie wieder mit Materie zusammengestoßen sind, bilden die kosmische Hintergrundstrahlung, die wir heute, 12 Milliarden Jahre später, messen. Fast wie auf einer Momentaufnahme können die Forscher aufgrund der Unregelmäßigkeiten in dieser Strahlung die Materieverteilung nach den ersten 300.000 Jahren des Universums erkennen. Die hellsten Flecken auf dieser Momentaufnahme zeigen die dichtesten Materieklumpen. Von besonderem Interesse für die Wissenschaftler sind die großen Klumpen, die gerade genau eine halbe Schwingung ausgeführt haben und damit eine maximale Kompression zeigen. Sie heben sich als große helle Flecken vom Hintergrund ab.
Der Clou: Weil die Dauer einer Schwingung von der Größe eines Materieklumpens abhängt, können die Kosmologen genau berechnen, wie groß der Materieklumpen war. Da eine eventuelle Krümmung des Universums auf die Photonen wie eine vergrößernde oder verkleinernde Linse wirkt, kann man aus dem Vergleich der beobachteten mit der berechneten Größe des Klumpens auf die Krümmung des Universums schließen.
Diese exakten Berechnungen waren erst aufgrund neuerer Beobachtungen möglich, die nicht von dem in der Erdatmosphäre fast überall vorhandenen Wasserdampf beeinträchtigt wurden. Petersons Gruppe benutzte ein Teleskop, das sie auf einem trockenen Eisplateau am Südpol platzierten.
Neue Probleme ergeben sich jedoch aufgrund der neuen Beobachtungen für die Kosmologen bezüglich des Verhältnisses von dunkler Materie zu gewöhnlicher Materie. (Lesen Sie dazu Universum enthält mehr gewöhnliche Materie als bisherige Theorien zulassen.
Axel Tillemans
