In den ersten hunderttausenden Jahren nach dem Urknall war unser Universum extrem hell, heiß und undurchsichtig. Denn noch hatten sich die ersten Teilchen nicht zu Atomen vereint. Dadurch hatte die Strahlung keine freie Bahn, sie wurde von den geladenen Teilchen des primordialen Plasmas abgelenkt, absorbiert und wieder emittiert. Das änderte sich erst rund 380.000 Jahre nach dem Urknall, nachdem das Universum weiter abgekühlt war und sich bereits ausgedehnt hatte. Weil die ersten Atome entstanden, konnte sich die elektromagnetische Strahlung von der Materie entkoppeln und ungehindert ausbreiten – das Universum wurde erstmals transparent. Reste dieser ersten Strahlung sind bis heute erhalten, wenn auch stark gedehnt und in den Mikrowellenbereich verschoben. Diese kosmische Hintergrundstrahlung lässt sich überall und in allen Richtungen nachweisen, ist aber sehr schwach. Dennoch liefern die subtilen Unterschiede in diesem Strahlungsteppich wertvolle Informationen über den Urzustand des Kosmos und die Verteilung von Materie und Energie zu jener frühen Zeit – quasi ein Babybild unseres Universums.
Fünffach höhere Auflösung als die Planck-Kartierung
Jetzt haben Astronomen das bislang klarste Bild der kosmischen Hintergrundstrahlung veröffentlicht. Für ihre Kartierung werteten sie fünf Jahre der Beobachtungen des Atacama Cosmology Telescope (ACT) in Chile aus, einem auf Millimeterwellen ausgelegten Teleskop auf dem 5.190 Meter hohen Cerro Toco in Chile. Die aktuelle Kartierung beruht auf Daten, die das Teleskop mithilfe optimierter Empfänger in seiner letzten Beobachtungsphase von 2017 bis 2022 gesammelt hat. Die daraus erstellten Aufnahmen des komischen Mikrowellenhintergrunds zeigen das Universum, als es etwa 380.000 Jahre alt war. “Indem wir zu jener Zeit zurückblicken, als die Dinge viel einfacher waren, können wir die Geschichte rekonstruieren, wie sich unser Universum zu dem reichen und komplexen Ort entwickelt hat, an dem wir uns heute befinden”, erklärt die Leiterin der ACT-Analyse, Jo Dunkley von der Princeton University.
Die neuen Aufnahmen ergänzen frühere Kartierungen der kosmischen Hintergrundstrahlung durch das Südpolteleskop oder den europäischen Satelliten Planck. Dieser hatte 2013 die bisher umfassendste und genaueste Karte des Mikrowellenhintergrunds erstellt. “ACT hat die fünffache Auflösung von Planck und eine größere Empfindlichkeit”, sagt Sigurd Naess von der Universität Oslo. Dadurch zeigt das neue “Babybild” nicht nur das Verteilungsmuster der frühen Strahlung und damit indirekt auch der Materie, es zeigt auch die Polarisation der Hintergrundstrahlung direkter und genauer als bisher möglich. Dies erlaubt Rückschlüsse darauf, wie sich die primordialen Gase bewegten: “Früher konnten wir sehen, wo sich Dinge befanden, und jetzt sehen wir auch, wie sie sich bewegen”, sagt ACT-Direktorin Suzanne Staggs von der Princeton University. “Wie bei Gezeiten, die die Anwesenheit des Mondes vermuten lassen, zeigt die durch die Polarisation des Lichts verfolgte Bewegung, wie stark die Anziehungskraft der Schwerkraft in verschiedenen Teilen des Raums war.” Zwar gebe es andere Teleskope, die die Polarisation des Mikrowellenhintergrunds ähnlich deutlich zeigten, keiner davon könne jedoch einen so großen Himmelsbereich abdecken wie ACT.
