Ein Wasserstoffatom besteht aus einem Proton und einem Elektron. Diese beiden Elementarteilchen besitzen einen Spin ? das quantenmechanische Gegenstück zum Drehimpuls. Für die Richtungen der beiden Spins gibt es zwei Möglichkeiten: Sie können entweder in die gleiche oder in entgegengesetzte Richtungen zeigen. Ein Wasserstoffatom mit zueinander parallelen Spins befindet sich in einem höheren Energiezustand als eines mit entgegengesetzten Spins.
Das Atom kann vom höheren in den niedrigeren Energiezustand wechseln, indem es ein Photon aussendet, das genau die Differenzenergie wegträgt. Die Wellenlänge solch eines Lichtteilchens beträgt 21 Zentimeter. Umgekehrt kann das Atom vom niedrigeren in den höheren Zustand wechseln, wenn es ein Photon mit entsprechender Energie absorbiert, also aufnimmt.
Die beiden Forscher haben nun errechnet, dass die Wasserstoffatome während des Dunklen Zeitalters aufgrund ihrer niedrigeren Temperatur Photonen aus der kosmischen Hintergrundstrahlung absorbiert haben. Folglich müsste die entsprechende Wellenlänge, die sich im Laufe der Zeit wegen der Ausdehnung des Universums zu höheren Werten hin verschoben hat, heute in der beobachteten Hintergrundstrahlung fehlen. Zudem müssten in der Strahlung die vermuteten Schwankungen in der Materieverteilung nachweisbar sein, die insbesondere von den Inflationstheorien vorhergesagt werden. Die Inflationstheorien gehen von einer explosionsartigen Ausdehnung des Universums kurz nach dem Urknall aus.
Loeb und Zaldarriaga erwarten nun, dass die erdgebundenen Teleskopprojekte LOFAR und SKA Signale in der Hintergrundstrahlung, die gegen Ende des Dunklen Zeitalters entstanden sind, entdecken werden. Um ältere Signale aufzuspüren, sind dagegen Satellitenmissionen erforderlich.
Eine Vorveröffentlichung des Artikels von Loeb und Zaldarriaga finden Sie im ePrint-Archiv arXiv.org (astro-ph/0312134).
