Hintergrundstrahlung

Autor: Leandro Alegsa Erstellungsdatum: 3. November 2020

Kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (CMB-Strahlung) ist Strahlung im Mikrowellenteil des elektromagnetischen Spektrums, die aus allen Richtungen des Weltraums kommt. Es ist bekannt, dass sie aus unserem frühesten Säuglingsuniversum stammt. Da das Universum sehr groß ist und die Lichtgeschwindigkeit konstant ist, wissen wir, dass das CMB-Licht, wenn es aus dem Universum der Kleinkinder kommt, als das älteste Signal ankommt, das wir entdecken können.

Während des Urknalls wurde viel hochenergetische Strahlung erzeugt. Dann wurde das Universum größer und kälter. Daher verloren die hochenergetischen Photonen den größten Teil ihrer ursprünglichen Energie. Als Folge davon befindet sich diese Strahlung jetzt im Mikrowellenteil des elektromagnetischen Spektrums (der Mikrowellenteil hat eine ziemlich niedrige Energie). Der kosmische Mikrowellenhintergrund ist die Strahlung, die seit der Durchsichtigkeit des Universums, etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall, unterwegs ist, ohne irgendetwas zu treffen.

Arno Penzias und Robert Wilson entdeckten als erste die CMB-Strahlung. Die Wissenschaftler glauben, dass die Existenz der CMB-Strahlung ein wichtiger Beweis mit Rotverschiebung ist, dass die Urknalltheorie wahr ist.

Spätere Daten basieren auf dem von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) betriebenen Planck-Satelliten. Es wurde entwickelt, um Unterschiede im kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB) bei Mikrowellen- und Infrarotfrequenzen mit hoher Empfindlichkeit und kleiner Winkelauflösung zu beobachten. Das Raumschiff hat seine Arbeit beendet, aber die Forscher analysieren die Daten noch immer. Das Hauptinteresse besteht darin, dass es welche gibt:

"eine Asymmetrie der Durchschnittstemperaturen auf den gegenüberliegenden Hemisphären des Himmels. Dies widerspricht der Vorhersage des Standardmodells, dass das Universum in jeder Richtung, in die wir schauen, im Großen und Ganzen ähnlich sein sollte. Darüber hinaus erstreckt sich ein kalter Fleck über einen Himmelsfleck, der viel größer ist als erwartet".

Eine Erklärung dafür ist nicht bekannt.

Die Temperaturfluktuationen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB) aus den Daten der 7-jährigen Wilkinson-Mikrowellen-Anisotropie-Sonde, gesehen über den gesamten Himmel. Das Bild ist eine Projektion der Temperaturschwankungen über die Himmelskugel. Die Durchschnittstemperatur liegt 2,725 Kelvin Grad über dem absoluten Nullpunkt (der absolute Nullpunkt entspricht -273,15 ºC oder -459 ºF), und die Farben repräsentieren die winzigen Temperaturschwankungen, wie in einer Wetterkarte. Rote Regionen sind wärmer und blaue Regionen sind um etwa 0,0002 Grad kälter.

Fragen und Antworten

F: Was ist die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung?

A: Die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung (CMB-Strahlung) ist eine Art von elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich des Spektrums, die aus allen Richtungen des Weltraums kommt. Es wird angenommen, dass sie aus unserem frühesten, noch jungen Universum stammt.

F: Woher wissen wir, dass das CMB-Licht als ältestes Signal ankommt?

A: Wir wissen, dass das CMB-Licht als ältestes Signal ankommt, weil das Universum sehr groß ist und die Lichtgeschwindigkeit konstant ist. Wenn es uns also aus dem jungen Universum erreicht, ist es schon sehr lange unterwegs, ohne auf etwas zu treffen.

F: Wer hat die CMB-Strahlung zuerst entdeckt?

A: Arno Penzias und Robert Wilson waren die ersten, die CMB-Strahlung entdeckten.

F: Welche Beweise liefert die Existenz der CMB-Strahlung für die Urknalltheorie?

A: Die Existenz der CMB-Strahlung liefert zusammen mit den Daten der Rotverschiebung wichtige Beweise für die Urknalltheorie.

F: Wofür wurde die Planck-Sonde entwickelt, um sie zu beobachten?

A: Die Planck-Sonde wurde entwickelt, um Unterschiede im kosmischen Mikrowellenhintergrund bei Mikrowellen- und Infrarotfrequenzen mit hoher Empfindlichkeit und geringer Winkelauflösung zu beobachten.

F: Welche unerwarteten Erkenntnisse haben Forscher bei der Analyse der Daten der Planck-Sonde gewonnen?

A: Forscher, die die Daten der Planck-Sonde analysiert haben, haben eine Asymmetrie der Durchschnittstemperaturen auf den gegenüberliegenden Hemisphären des Himmels gefunden, die den Vorhersagen des Standardmodells widerspricht, wonach das Universum in jeder Richtung, in die wir schauen, weitgehend gleich sein sollte. Außerdem haben sie einen kalten Fleck gefunden, der sich über einen viel größeren Himmelsbereich als erwartet erstreckt und für den es derzeit keine Erklärung gibt.