Kosmische Inflation nachgewiesen?

Zerfällt die Sensation zu Staub?

Die Kritik am vermeindlichen Nachweis der kosmischen Inflation durch das Bicep-Team (siehe Artikel unten) reisst nicht ab. Stein des Anstosses ist der Umstand, dass es sich um eine indirekte Beobachtung handelt. Wenn es nach dem Bicep-Team geht, so hat die kosmische Inflation eine Signatur hinterlassen, die in der Hintergrundstrahlung von ihnen beobachtet wurde. Kritiker bringen nun alternative Quellen dieser Signaturen ins Spiel. Die trivialste Variante wäre - bitte hinsetzen -  schnöder Staub aus der Milchstraße.  

Bleibt nur zu hoffen, dass dieser staubige Einwand bald unter den Teppich gekehrt werden kann, sonst steht uns nach diversen Neutrino-Überlichtgeschwindigkeits-Peinlichkeiten neuer Unbill ins Haus. Klärung werden im Herbst die lang ersehnten Planckdaten liefern. Noch im März schien die Mission das Wettrennen mit Bicep verloren zu haben, nun rückt sie erneut in den Fokus. Planck untersucht den Kosmischen Hintergrund gleichzeitig bei verschiedenen Frequenzbändern und kann deshalb potentielle Strörungen weit besser identifizieren.  

Schau´n wir mal. Spannung ist garantiert für diesen Sommer. Für die einen gehts  um den FIFA-WM-Pokal, für die anderen um eine Einladung nach Stockholm. Hoffentlich erweist sich die Sensation des Bicep-Teams im Videobeweis nicht als Schwalbe... 

(Josef M. Gaßner / 6. Juni 2014)

Kosmische Inflation nachgewiesen?

Kann man etwas messen, das 10 hoch -37 Sekunden nach dem Urknall stattgefunden hat? Den lautlosen Knall des Urknalls? Ja – man kann – seit gestern ist es amtlich! Das menschliche Streben nach Erkenntnis  - insbesondere bei der Frage „woher kommen wir“ ist um eine Facette reicher geworden.  

Credit: Bicep2-Kollaboration

Die Bicep Forschergruppe am Südpol (blaues Gebäude links) konnte Auswirkungen einer extrem frühen Phase des Universums nachweisen, die man Kosmische Inflation nennt.  

Als Alan Guth und Andre Linde in den 80er Jahren diese Phase im Universum vorschlugen, während der die Expansion mit Überlichtgeschwindigkeit von statten ging, da sprach vieles dafür. Insbesondere lieferte die Hypothese eine Erklärung für die beobachtete Flachheit des Universums und den scheinbaren Widerspruch, dass Gebiete über identische Temperaturen verfügen, die weiter als 13,8 Mrd. Lichtjahre voneinander entfernt sind und deshalb bei maximaler Expansion mit Lichtgeschwindigkeit niemals in kausalem Kontakt gestanden haben konnten. Woher wussten also in einem 46 Mrd. Lichtjahre großen Volumen die Fraktion links außen, welche Temperatur rechts außen herrscht?  Die Information, oder besser noch das ganze Universum, musste sich – zumindest kurzzeitig – mit Überlichtgeschwindigkeit ausgebreitet haben.  

Der Beweis ließ bis gestern auf sich warten, zumindest haben die Kollegen vom Südpol solange gewartet, bis sie die Katze aus dem Sack gelassen haben. Gemessen hatten sie den Effekt in der Hintergrundstrahlung bereits vor mehr als einem Jahr. Das gemessene Signal war jedoch stärker als erwartet und man entschloss sich – angesichts jüngster Neutrino-Publikations-Enten– zu einer eingehenden Prüfung, solange bis auch die Beobachtungen der neueren Geräte die Messungen bestätigten.  Längst war ein Wettlauf entbrannt mit den Daten der Planck-Mission – wer den Nachweis der Inflation für sich beanspruchen kann, darf  sich berechtigte Hoffnungen auf den Nobelpreis machen.

Credit: Bicep2-Kollaboration

Was hat Bicep (Background Imaging of Cosmic ExtragalacticPolarization) nun wirklich beobachtet?

Seit drei Jahren nutzen Forscher die besonders trockenen Luft am Südpol (in 2.800 m Höhe) um zwei Prozent des Himmels nach besonderen Mustern in der Hintergrundstrahlung abzusuchen. Anfangs mit dem Prototyp Bicep1 (98 Detektoren, 2006 – 2008,  Frequenzen von 100 und 150 GHz), später mittels Bicep2 (512 supraleitende Detektoren, Anfang 2010 bis Ende 2012, bei 150 GHz) und zukünftig mit Bicep3 (2560 Detektoren bei 100 GHz).

Die speziellen Muster in der Hintergrundstrahlung, sogenannte B-Moden in der Polarisation, weisen zwei Phänomene mit einem Schlag nach:

Die Inflationsphase im frühen Kosmos und die Existenz von Gravitationswellen.

Polarisation ist die Eigenschaft elektromagnetischer Strahlung bevorzugt in einer Richtung zu schwingen. Wechselwirkungen mit Materie beeinflussen die Polarisation, wodurch sich Materieverteilungen nachweisen lassen.

Auch Gravitationswellen beeinflussen die Polarisation. Starke Gravitationswellen entstehen beispielsweise, wenn gewaltige Massen beschleunigt werden, wie beispielsweise bei Supernova-Explosionen oder Kollisionen von Neutronensternen oder Schwarzen Löchern.  

Copyright: SuW-Graphik

Die Inflationstheorie sagt nun vorher, wie sich die Gravitationswellen in alle Richtungen ausbreiten. Man unterscheidet dabei sogenannte E-Moden und B-Moden. E-Moden wurden bereits 2002 gemessen und liefern Information über Unterschiede in der Materiedichte.

Die B-Moden in der Hintergrundstrahlung liefern Information über Störungen in der Raumzeit. Ihre charakteristische wirbelartige Struktur wurde gestern publiziert.

Credit: Bicep2-Kollaboration

Die Orientierung der scharzen Linien zeigt die Polarisationsrichtung der Hintergrundstrahlung. Je dunkler die rote oder blaue Färbung, desto intensiver die Verdrehung im Uhrzeigersinn (blau) oder gegen den Uhrzeigersinn (rot).

Das Originalpaper gibts hier zum download. Hoffen wir, dass die Daten der Planck-Mission den Nachweis stützen. Dann wären wir bis auf 10 hoch -37 Sekunden an den Urknall herangerückt. Nicht schlecht für ein paar Primatengehirne auf dem dritten Felsenplaneten um einen durchschnittlichen Stern...

(Josef M. Gaßner, 18.03.2014)