Sie erfüllt das gesamte Universum, ist aber für unsere Augen unsichtbar: die kosmische Hintergrundstrahlung. Wie eine Tapete kleidet dieses Mikrowellenrauschen den gesamten Himmel aus. Diese Strahlung entstand, als sich rund 380.000 Jahre nach dem Urknall Atomkerne mit Elektronen zu den ersten Atomen zusammenfanden. Während zuvor die Strahlung an den frei umherfliegenden Elektronen gestreut wurde, konnte sich die elektromagnetische Strahlung danach nahezu ungehindert im Raum bewegen – das Universum wurde erstmals transparent. Im Laufe der gut 13 Milliarden Jahre, die seither vergangen sind, hat die Ausdehnung des Kosmos diese zuvor kurzwellige und energiereiche Strahlung stark gedehnt. Sie manifestiert sich daher nun im Mikrowellenbereich als schwaches “Grundrauschen”.
Kalter Fleck und Asymmetrien
Den kosmologischen Modellen zufolge müsste die kosmische Hintergrundstrahlung in großem Maßstab betrachtet gleichmäßig über den Himmel verteilt sein. Das bunte Fleckenmuster winziger Temperaturabweichungen sieht in allen Regionen des Himmels nahezu gleich aus – es ist weitgehend isotrop, wie auch die Messungen des Planck-Satelliten der ESA im Jahr 2013 bestätigten. Doch die Karte des Satelliten enthüllte auch auffallende Anomalien im Mikrowellen-Himmel. Unter anderem scheint der Mikrowellen-Hintergrund in großen Skalen betrachtet in der südlichen Himmelshemisphäre im Schnitt etwas wärmer zu sein als im Norden. Außerdem gibt es dort einen rätselhaften kalten Fleck in der Hintergrundstrahlung – eine riesige Zone ungewöhnlich kühler Temperaturen. “Die Existenz dieser Anomalien ist unbestritten, aber angesichts der schwachen Signifikanz, mit der sie vom kosmologischen Standardmodell abweichen, bleibt unklar, inwieweit sie eine Verletzung der Isotropie darstellen”, konstatieren die Forscher der Planck-Kollaboration.
Theoretisch könnte es sich bei diesen Phänomenen um bloß statistische Ausreißer handeln. “Wenn aber eines von ihnen einen physikalischen Ursprung hat, dann wäre das enorm wichtig”, so die Physiker. Denn dann könnten diese Anomalien ein Indiz für eine sogenannte neue Physik sein – physikalische Prozesse, die mit dem Standardmodell nicht erklärbar sind. Um diese Frage zu klären, haben die Planck-Forscher nun einen bestimmten, zuvor noch nicht ausgewerteten Aspekt der Messungen untersucht – die sogenannten E-Modi der Polarisation. Diese Signale beruhen auf der Schwingungsrichtung der primordialen Strahlung und gehen auf Kollisionen der Photonen mit Elektronen unmittelbar vor dem Freiwerden der Hintergrundstrahlung zurück.
