Bildnachweis: NSF
Astronomen der National Science Foundation und von Caltech haben die detailliertesten Bilder erstellt, die jemals von dem ältesten vom Universum emittierten Licht gemacht wurden. Das Team verwendete den Cosmic Background Imager, eine Reihe empfindlicher Mikrowellendetektoren in der chilenischen Wüste, um Licht zu sammeln, das 14 Milliarden Jahre gereist war, um die Erde zu erreichen. Es zeigt uns das Universum, das erst 300.000 Jahre alt ist, als sich Samen der Materie zu bilden begannen und schließlich zu Galaxien, Sternen, Planeten und uns wurden.
Astronomen, die von einem abgelegenen Plateau in der chilenischen Wüste aus operieren, haben die detailliertesten Bilder des ältesten vom Universum emittierten Lichts erstellt und damit unabhängige Kontroversen über den Ursprung von Materie und Energie bestätigt.
Der von der National Science Foundation (NSF) und dem California Institute of Technology (Caltech) finanzierte Cosmic Background Imager (CBI) stieß an die Grenzen der verfügbaren Technologie und entdeckte winzige Schwankungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, der Strahlung, die über fast 14 Jahre zur Erde gelangt ist Milliarden Jahre. Eine Karte der Schwankungen zeigt die ersten vorläufigen Keime von Materie und Energie, die sich später zu Clustern von Hunderten von Galaxien entwickeln würden.
Die Messungen liefern auch unabhängige Beweise für die lange diskutierte Inflationstheorie, die besagt, dass das Universum in seinen ersten Mikromomenten eine gewaltsame Expansion erfahren hat. Nach ungefähr 300.000 Jahren kühlte es genug ab, damit sich die Samen der Materie bilden konnten, und wurde „transparent“, so dass Licht hindurchtreten konnte. CBI beobachtete Reste dieser frühen Strahlung. Die Daten helfen Wissenschaftlern auch dabei, mehr über die Abstoßungskraft namens „Dunkle Energie“ zu erfahren, die der Schwerkraft zu trotzen scheint und das Universum dazu zwingt, immer schneller zu beschleunigen.
"Dies ist Grundlagenforschung vom Feinsten und Aufregendsten", sagte NSF-Direktorin Rita Colwell. „Jedes neue Bild des frühen Universums verfeinert unser Modell, wie alles begann. Während das Universum wächst und sich ausbreitet, wächst das Wissen der Menschheit über unsere eigenen Ursprünge dank des technischen Fachwissens und der Patientenbeständigkeit von Wissenschaftlern wie diesen weiter. “
"Wir haben zum ersten Mal die Keime gesehen, aus denen Galaxienhaufen entstanden sind, wodurch Theorien zur Galaxienbildung auf eine solide Beobachtungsbasis gestellt wurden", sagte Teamleiter Anthony Readhead von Caltech. "Diese einzigartigen hochauflösenden Beobachtungen liefern eine Reihe neuer kritischer Tests der Kosmologie und liefern neue und unabhängige Beweise dafür, dass das Universum flach ist und von dunkler Materie und dunkler Energie dominiert wird."
Readhead hat mit den Caltech-Kollegen Steve Padin und Timothy Pearson sowie anderen aus Kanada, Chile und den USA die bislang besten Messungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds durchgeführt. Der kosmische Mikrowellenhintergrund (CMB) ist eine Aufzeichnung der ersten Photonen, die etwa 300.000 Jahre nach der kosmischen Explosion, die als Urknall bekannt ist und vermutlich das Universum hervorgebracht hat, aus dem sich schnell abkühlenden, verschmelzenden Universum entkommen sind.
Daten des CBI zu Temperaturverteilungen im CMB unterstützen eine Modifikation der Urknalltheorie; Diese Modifikation wird Inflationstheorie genannt. Die Inflation besagt, dass das heiße Plasma des ursprünglichen Universums in seinen ersten 10 bis 32 Sekunden eine extreme und schnelle Expansion erfahren hat. Die vom CBI gemessenen Temperaturschwankungen betragen nur 10 Millionstel Grad.
Durch Auftragen der Peaks der Temperaturverteilung zeigten die Wissenschaftler, dass die genauen CBI-Daten vollständig mit der Inflation übereinstimmen und frühere Ergebnisse anderer Wissenschaftler bestätigen. Im April 2000 gab ein internationales Team von Kosmologen unter der Leitung von Andrew Lange von Caltech den ersten überzeugenden Beweis dafür bekannt, dass das Universum flach ist - das heißt, seine Geometrie ist so, dass parallele Linien weder konvergieren noch divergieren. Langes Team beobachtete mit einer anderen Frequenz als CBI mit einem Höhenballon, der über die Antarktis geflogen wurde.
Seitdem haben zwei andere Teams - mit unabhängigen Methoden - ihre Analysen der sehr schwachen Temperaturschwankungen zwischen den kosmischen Mikrowellen veröffentlicht. Die vier Instrumente haben präzise Messungen von Parametern durchgeführt, mit denen Kosmologen das frühe Universum seit langem beschreiben. Jeder Datensatz hat neue Hinweise auf die Form des embryonalen Plasmas gegeben und die Wissenschaftler näher an die endgültigen Antworten gebracht. NSF unterstützt die Arbeit aller vier Teams und ihrer Instrumente, einige davon seit mehr als 15 Jahren.
Fünf Artikel zu den CBI-Daten wurden heute dem Astrophysical Journal zur Veröffentlichung vorgelegt.
Das CBI besteht aus 13 Interferometern, die auf einer Plattform mit 6 Metern Durchmesser montiert sind und bei Frequenzen von 26 GHz bis 36 GHz arbeiten. Das CBI befindet sich in der trockensten Wüste der Welt - dem Atacama - und nutzt die niedrige Luftfeuchtigkeit in 5.080 Metern Höhe. NSF unterstützt die CBI-Forschung seit 1995. Der Nationale Rat für Wissenschaft und Technologie von Chile stellte den CBI-Standort zur Verfügung.
Originalquelle: NSF-Pressemitteilung
