Die Welt aus dem Nichts

Titel
Die Welt aus dem Nichts
FOTOS: ASTROFOTO
Eine neue Generation von Superteleskopen hat das Schicksal des Weltalls
aufgeklärt: Das All wird sich ewig ausdehnen. Die Sterne sind nur Leuchtfeuer vor einem
Schattenreich, das 90 Prozent des Alls ausmachen soll. Forscher haben eine
„zweite Kopernikanische Revolution“ ausgerufen: Ist unser Universum nur eines von vielen?
Spiralgalaxie M51 (Aufnahme mit dem Großfernrohr Kitt Peak in Arizona): Seit ein paar Monaten gehen die Kosmologen auf Wolken
W
ie ein Dieb“, so unvermutet werde der Tag des Herrn kommen.
Dann sei das Ende der Zeiten
herangerückt, so prophezeite es der Apostel Petrus: „Die Himmel werden zergehen mit großem Krachen, die Elemente
werden vor Hitze schmelzen.“
Angst, der Kosmos könnte zusammenbrechen, plagte auch die alten Germanen.
„Die Sonne wird schwarz“, heißt es in der
„Edda“, der Heldensaga aus dem 9. Jahrhundert. „Es stürzen herab die strahlenden
Sterne, der Himmel zerspringt.“
Kaum anders, nur etwas prosaischer,
liest sich das bei Stephen Hawking. Der
Raum werde vergehen, der Zeitstrom der-
einst versiegen, schrieb dieser Vordenker
der modernen Physik in seinem Bestseller
„Eine kurze Geschichte der Zeit“. Nur
zwei Möglichkeiten, gleichermaßen trostlos, stünden nach den Gesetzen der Relativitätstheorie noch offen: Entweder stürzten Raum, Zeit und Materie in Schwarze
Löcher. Oder das Universum falle „in einem großen Endknall“ (Hawking) in sich
zusammen.
Der gelähmte Denker aus Cambridge
hat sich getäuscht, wie alle Propheten des
Weltuntergangs. Denn Berichte, die erstmals vor gut einem Jahr durch die wissenschaftlichen Journale sickerten und sich
seitdem durch Messungen an explodierend e r
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den Sternen, Galaxienhaufen und kosmischen Radiosignalen erhärten, geben den
Apokalyptikern unrecht: Ein Ende des
Weltalls wird nie kommen. Die Zeit wird
ewig dauern.
Binnen eines Jahres hat sich die Wissenschaft von der Vision eines Welten-Endes
verabschiedet. Eine der tiefsten Ängste
der Menschheit hat sich als Irrglaube
erwiesen.
Statt zu kollabieren, wird sich das Universum immer weiter und immer schneller
ausdehnen – als herrsche im Weltall, wie in
einem explodierenden Kessel, ein Druck,
der es auseinandertreibt. Weil dadurch die
Abstände zwischen den Sternen ständig
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Titel
wachsen, sehen die Astrophysiker die Zukunft als einen Kosmos, der leerer und leerer wird.
„Gefühle zwischen Überraschung und
Horror“ hätten ihn überfallen, als er vor gut
einem Jahr seine ersten Messungen ausgewertet hatte, erzählt der australische Astronom Brian Schmidt. Doch nicht die Vision
von der allumfassenden Leere habe ihm
Schrecken eingejagt, sondern „die Angst,
daß kein Astronom mir glauben würde“.
Vor einem schmachvollen Ende seiner
Karriere muß sich der Wissenschaftler aus
Canberra nun nicht mehr fürchten. Seit
eine weitere Forschergruppe ihn bestätigt
hat, werden diese Resultate als Zeitenwende in der Erforschung des Weltraums
und seines Ursprungs gefeiert.
In der vergangenen Woche kürte das einflußreiche Wissenschaftsblatt „Science“ die
neuen Ergebnisse zur bedeutendsten Entdeckung des Jahres. „Die Rätsel der Schöpfung“, erklärt der US-Kosmologe Alan
Guth, „erscheinen immer weniger wie unlösbare Mysterien.“
Denn diese Messungen setzen den Eckstein der Kosmologie, der fehlte. Sie schaffen einen langersehnten Zusammenhang
all jener Daten über das All, welche die
Astronomen in den letzten Jahren dank
neuer Riesenteleskope und Beobachtungssatelliten gewonnen haben. Sie sind ein
Pflock, an dem die Theoretiker nun ihre
Rechnungen festmachen können. So hat
sich in den vergangenen Monaten der Nebel ein Stück weit gelichtet, der die Grundprobleme der Schöpfungsgeschichte umgibt: Was war am Anfang? Wie alt ist das
Universum? Woraus besteht es?
Über Fragen von so betäubender Wucht
hatten sich Generationen von Astronomen
Alter des Universums:
0 Sekunden
10 –43 Sekunden
Kosmische
Blähung
Die Theorie von der
Inflation des Universums
Das Universum entstand aus reiner Energie. Unmittelbar nach dem Urknall war das All
kleiner als ein Atomkern. In der Verteilung der
Energie gab es kleine Unregelmäßigkeiten.
die Köpfe zerbrochen. Aber je tiefer sie in
die Geheimnisse des Alls zu dringen suchten, desto mehr Rätseln sahen sie sich gegenüber.
Noch vor zwei Jahren stellte sich die Situation fast aussichtslos dar. Erbittert und
ratlos stritten die Kosmologen zum Beispiel über das Alter des Universums. Es
schien jünger zu sein als seine ältesten Sterne: Während Messungen der Galaxienbewegung auf einen Urknall vor acht bis zehn
Milliarden Jahren hindeuteten, schien das
Licht von Kugelsternhaufen zu beweisen,
daß diese mehrere Milliarden Jahre früher
entstanden sein mußten. „Unsere Weisheit
ist am Ende“, klagte 1995 der US-Astrophysiker Michael Turner.
Plötzlich sei diese qualvolle Zeit jetzt
vergessen, sagt Matthias Bartelmann vom
Münchner Max-Planck-Institut für Astro-
Nach weniger als einer billionstel Sekunde
dehnte sich das Universum schlagartig auf
astronomische Größe aus. Die Unregelmäßigkeiten wuchsen entsprechend mit. Diese Phase
wird Inflation genannt. Die Spuren der frühen Unregelmäßigkeiten sind heute als Flecken in der
kosmischen Hintergrundstrahlung meßbar, die
wie ein Nachglühen des Urknalls das All erfüllt.
physik: „Seit ein paar Monaten gehen wir
Kosmologen auf Wolken.“ Aus Messungen
des Weltraumteleskops Hubble ergibt sich
nun eindeutig das Alter des Alls: 15 Milliarden Jahre. Die Kugelsternhaufen sind indes als deutlich jünger erkannt worden.
„Jetzt fügt sich vieles zusammen“, erklärt der Harvard-Astronom Robert Kirshner, der an Schmidts Messungen beteiligt
war. Denn die neuen Daten räumen nicht
nur die notorischen Widersprüche aus – sie
passen zu einem neuen Bild vom Kosmos,
das in den Köpfen der Theoretiker herangereift ist. Manche Forscher sprechen von ei-
Super-Observatorium Very Large Telescope in Chile: „Die romantische Zeit des Sterneguckens ist vorbei“
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10 –35 Sekunden
15 Milliarden Jahre
(gegenwärtiges Alter)
Erst nach der Ausdehnung kondensierte ein
Teil der Energie zu Materie. Allmählich entstanden Elementarteilchen und Atome. Wegen
der Unregelmäßigkeiten aus der Inflation verteilte sich die Materie nicht ganz gleichförmig:
Gaswolken entstanden, aus denen später
Galaxien wurden.
der Kosmologen auf die Welt in den letzten Monaten ein anderer geworden ist.
„Der Rahmen des Bildes vom Woher und
Wohin des Universums, nach dem wir so
lange gesucht haben, ist nun bekannt“, sagt
der Münchner Astrophysiker Gerhard Börner. „Jetzt arbeiten wir an den Details des
großen Gemäldes.“
Daß die Forscher auf einen Schlag so
viel weiter kamen, verdanken sie zuallererst neuer Technik. Mit Superteleskopen,
die den Tiefen des Raums selbst ihre
W. M. WEBER
ner zweiten Kopernikanischen Revolution.
Dem neuen Weltmodell zufolge dehnte
sich das Universum kurz nach seiner
Geburt mit Überlichtgeschwindigkeit aus.
Dabei wurden die Keime der Galaxien gesät. Plausibel scheint es nach dieser „Inflationstheorie“, daß außer unserem Universum weitere entstanden – und noch
immer entstehen.
Eine bislang unverstandene Energie –
die sogenannte kosmologische Konstante –
trieb sodann die Galaxien auseinander und
blähte, die Explosion des Urknalls verstärkend, den Weltraum weiter auf. „Eine
kosmische Antigravitation“ sei entdeckt
worden, so umschrieb es „Science“ im vergangenen Februar.
„Wir sind etwas Großem auf der Spur“,
glaubt der Astronom Richard West, Sprecher der Europäischen Sternwarten-Organisation Eso (European Southern Observatory). Könnte in diesen Prinzipien begründet liegen, warum das Universum
seine heutige Gestalt hat?
Noch ist die Interpretation der Daten
nicht abgeschlossen, welche die immerwährende Ausdehnung, die Inflation und
die kosmologische Konstante begründen
sollen. Auch bleiben viele Rätsel des Weltalls von den neuen Daten unberührt: Woraus beispielsweise besteht die dunkle Materie, eine schwer ergründliche Schattenwelt, die einen Großteil des Kosmos ausmacht? Doch all die Fragen, die bestehen
bleiben, ändern nichts daran, daß der Blick
Astronom Bender
Den kosmischen Horizont gesprengt
schwächsten Signale entreißen, haben sich
ihnen neue Fenster zum All aufgetan. „Für
die Unsummen, die wir in die Geräte gesteckt haben“, sagt Börner, „ernten wir
jetzt die Früchte.“
1,5 Milliarden Dollar kostete allein das
Hubble Space Telescope, das schon bei seinem Start 1990 der teuerste Satellit war, der
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je in die Erdumlaufbahn geschossen wurde. Eine weitere Milliarde verschlang die
Reparatur drei Jahre später, für die sieben
Astronauten eigens ins All reisten, weil sich
die Sonde als sehschwach erwiesen hatte.
Aber das Geld scheint gut angelegt. Nie
zuvor haben Menschen so weit in die
Ferne geschaut wie beim Blick auf das
Hubble Deep Field, einen winzigen Ausschnitt des Sternbildes Großer Bär, dessen
Bilder das Weltraumteleskop im Dezember
1995 zur Erde funkte. Die Galaxien dort,
bis zu zwölf Milliarden Lichtjahre entfernt,
zeigten, daß das All selbst in seinen fernsten Winkeln ähnlich aufgebaut ist wie in
der Umgebung der Erde.
Ähnlich spektakuläre Aufnahmen kommen neuerdings auch von irdischen Teleskopen. Zwar bringen diese Riesenfernrohre, die in den vergangenen Jahren auf
Bergen in Chile und Arizona sowie auf Hawaii in Betrieb gegangen sind, nicht ganz
so gestochen scharfe Ansichten wie das
im Weltraum kreisende Hubble-Observatorium, denn unvermeidlich verzerrt die
irdische Lufthülle die Bilder. Aber dafür
reagieren die auf der Erde stationierten
Teleskope noch sensibler: In ihren gewaltigen Hohlspiegeln bündeln sie das Licht
selbst noch der allerschwächsten Sterne.
Welcher Aufwand hierzu nötig ist, zeigt
das Very Large Telescope der Eso in der
chilenischen Atacama-Wüste. Es ist das
neueste und monströseste aller Superfernrohre und steht in einem Landstrich, so
trocken, daß normalerweise nur an einem
Dutzend Tagen im Jahr etwas Dunst in der
Luft hängt. Um Platz zu schaffen für die
vier Beobachtungsdome, mußte der Gipfel
eines 2600 Meter hohen Berges weggesprengt werden.
Jeder der vier silbrigen Türme beherbergt einen Spiegel von über acht Metern
Durchmesser; Objekte, tausendmilliardenmal dunkler als Sirius, der hellste Stern am
Nachthimmel, sollen damit erkennbar sein.
Zwei Jahre lang hatten die Konstrukteure
dafür am ersten Reflektor herumpoliert.
Als die erste Kuppel im vergangenen
Mai in Betrieb ging, brachte dieses MegaFernrohr auf Anhieb eine auf Erden nie
erreichte Sehkraft. Doch seine volle Leistung wird das Observatorium in Chile erst
erreichen, wenn in den nächsten Jahren
auch die anderen Beobachtungsdome fertig sind. Zusammengeschaltet sollen die
vier Riesenteleskope noch empfindlicher
werden: Vier Hohlspiegel richten sich dann
auf jeden Stern und fangen sein Licht ein;
Computer setzen die Einzelbilder zusammen. Stapften Astronauten über den
Mond, das fertige Very Large Telescope
könnte sie fotografieren.
Ohne Hilfe vom Rechner werden dann
kein Stern und keine Galaxie zu erkennen
sein. Aber durch Okulare schauen die meisten Astronomen ohnehin schon lange
nicht mehr. Detektoren und Spezialkameras haben das Auge ersetzt, die Supertele173
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FOTOS: AP (o.); NASA (u.)
FOTOS: DPA (o.); PIXEL & ZEICHEN (u.)
Je weiter entfernt ein beskope werden ferngesteuobachtetes Objekt, desto älert, die Hallen, in denen sie
ter ist es – dieser Zusamstehen, sind menschenleer.
menhang nährt eine Speku„Die romantische Zeit
lation, die nicht völlig ins
des Sterneguckens ist vorReich der Science-fiction
bei“, sagt Ralf Bender von
gehört: Könnten Teleskope
der Münchner UniversitätsAufnahmen liefern von der
sternwarte. Sterne bekomGeburtszeit des Alls? Könnmen die Astronomen, zute noch bessere Technik zu- Deep Field, Weltraumteleskop Hubble*
mindest wenn sie im Dienst
rückblicken bis zum Anfang Aufbruch in die Tiefe der Zeit
sind, nicht mehr zu sehen.
der Welt?
Ihre Nächte durchwachen
Fernrohre, die dafür stark liche Vorstellungskraft und die Naturgesie vor Computermonitoren,
genug wären, ließen sich setze gleichermaßen zu sprengen scheint:
auf denen Meßkurven und
bauen, dessen sind sich die In seiner frühesten Phase muß sich das
dann und wann ein Paar Sterngeburt, Eso-Teleskop*
Experten sicher. Nur weiß Universum mit Überlichtgeschwindigkeit
Lichtpunkte vorbeihuschen. Details vom großen Bild
noch niemand, ob sie auch ausgedehnt haben. Das Ur-All, vom UmSo bezahlen die Forscher
dafür, daß sie es geschafft haben, den kos- etwas nützen würden, denn je mehr Ob- fang kleiner als ein Atomkern, muß in Milmischen Horizont zu sprengen. „Vor zwei jekte die Teleskope erfassen, desto mehr liardstelbruchteilen einer Sekunde auf
Jahrzehnten noch waren höchstens ein Gestirne überdecken das Firmament. Vie- astronomische Maße angeschwollen sein.
paar Prozent des Universums in der Reich- le Wissenschaftler vermuten, daß dadurch
Nur so sind Cobes Signale zu deuten –
weite der Teleskope, heute sind es neun der Blick in die Ferne irgendwann verstellt wäre es anders gewesen, hätten verZehntel“, erläutert Eso-Forscher Alvio sein könnte – die Astronomen
schiedene Teile des Universums
Renzini. „Wir können nun fast alles sehen, sähen dann vor lauter Sternen
Zeit gehabt, sich unterschiedlich
was überhaupt sichtbar ist. Und dieser den Himmel nicht mehr.
zu entwickeln. Solch auseinanStapften
Sicher ist jedoch, daß die
Aufbruch in die Ferne des Raums ist auch
Astronauten derlaufende Wege wären heute
Kindheit des Universums und soeine Reise in die Tiefe der Zeit.“
in der Hintergrundstrahlung
über den
Denn Teleskope sind Zeitmaschinen. gar der Urknall gleichsam zu
sichtbar.
Mond, das
Das Licht kann sich nicht schneller aus- hören sind. Denn wie ein NachAuf den ersten Blick steht diebreiten als mit der Geschwindigkeit von hall erfüllt eine elektromagneti- neue Teleskop ser überlichtschnelle Sprint, die
könnte sie
300 000 Kilometern pro Sekunde; daher sche Strahlung, die von der
kosmische Inflation, im Widerblickt, wer ein 300 000 Kilometer entfern- großen Explosion am Anfang der fotografieren spruch zur Relativitätstheorie.
tes Objekt ansieht, eine Sekunde in die Zeit kündet, das ganze UniverDer Gegensatz erklärt sich so:
Vergangenheit zurück – Albert Einstein sum, ein erkalteter Überrest der
Einsteins Lehre setzt nur das
ist diese Erkenntnis zu danken. Schauen gewaltigen Energie des Alls in seiner An- Tempolimit der Lichtgeschwindigkeit für
die Forscher, wie im Hubble Deep Field, fangsperiode.
Dinge, die sich im Raum zueinander beDie Details dieser „Kosmischen Hinter- wegen, zum Beispiel für Raumschiffe, die
zwölf Milliarden Lichtjahre weit, haben
sie jene Epoche vor sich, in der das Uni- grundstrahlung“ hat der Satellit Cobe in Richtung Erde fliegen. Während der Inversum ungefähr drei Milliarden Jahre (Cosmic Background Explorer) vermessen. flation aber wurden der Raum selbst und
jung war und die Galaxien sich gerade ge- Aus seiner Umlaufbahn in 900 Kilometer mit ihm alles darin unermeßlich viel
Höhe stellte der Himmelsspäher fest, daß größer.
bildet hatten.
die Hintergrundstrahlung erstaunlich
Andrej Dimitriwitsch Linde heißt der
* Links: Sternentstehung in der Formation RCW 38 der
gleichmäßig aus allen Richtungen kommt – Mann, der die Vorstellung von der großen
Milchstraße, Aufnahme mit dem Very Large Telescope;
nur wenige Tausendstel Prozent betragen Inflation zwar nicht allein ersonnen, doch
rechts: zwölf Milliarden Lichtjahre entfernte Galaxie
die Abweichungen. Diese Einförmigkeit in weiten Teilen ausgearbeitet hat – lange
(Pfeil) im Sternbild Großer Bär, aufgenommen mit dem
enthält eine Botschaft, welche die mensch- bevor Cobe seine Bilder zur Erde funkte.
Weltraumteleskop Hubble.
Kosmisches Nachglühen vom Urknall
„Jetzt weiß ich, wie Gott das Universum schuf“, will Linde seiner Frau, ebenfalls Physikerin, zugerufen haben, als er
1983 in Moskau den Schlüsselmechanismus, die „chaotische Inflation“, gefunden
hatte. Auf den Kongressen wurden seine
Gedanken, für die es noch keine Beweise
gab, zunächst als kosmische Spökenkiekerei abgetan: „Oft fühlte ich mich wie ein
kompletter Idiot.“ Heute gilt Linde als
Visionär. Er ist Professor an der kalifornischen Elite-Universität Stanford und einer
der schillerndsten Männer der Kosmologie, der Stephen Hawking dessen Rang als
Guru streitig macht.
Für Forscher solcher Sonderklasse gelten
eigene Gesetze: Niemand nimmt Anstoß,
wenn Linde bei seinen Vorträgen statt
Formeln selbstgezeichnete Comic-Strips an
die Wand wirft. Auch kann er es sich leisten, das Stockholmer Nobel-Symposium
mit Zauberkunststücken zu unterhalten;
einmal setzte sich Linde eine Nadel auf
die Stirn und zog sie am Hinterkopf wieder hervor – was immer der russische Tausendsassa veranstaltet, sein Publikum zollt
ihm frenetischen Beifall.
Schließlich erklärt seine Inflationstheorie nicht nur, wieso das All so groß ist: Linde bietet auch eine Begründung dafür an,
* Hintergrundstrahlung im Weltraum, gemessen vom
Satelliten Cobe aus 900 Kilometer Höhe. Die Farben
geben die unterschiedliche Intensität wieder.
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M. RICHARDS / CONTACT / AGENTUR FOCUS
FOTOS:ASTROFOTO (o.); SYGMA (u.)
Cobe-Aufnahme, Satellit Cobe*
weshalb aus der ungeordneten Urmaterie
Sterne und Galaxien entstanden: Auch
hierfür sei die plötzliche Ausdehnung die
Ursache.
Ganz am Anfang, als das All noch kleiner war als ein Atomkern, haben darin laut
Linde ähnliche Gesetze geherrscht wie im
Reich der Elementarteilchen, in dem es
Ruhe nicht gibt: Wie die Wellen im Meer,
so schwappt die Energie umher. Dadurch
entstehen winzige Unregelmäßigkeiten.
Die plötzliche Ausdehnung des Kosmos,
so Linde, habe diese Fluktuationen ins Unermeßliche vergrößert und sie zu Keimzellen für Galaxien und Sterne gemacht.
Das undenkbar große All wäre demnach, per Inflation, ein aufgeblasenes Abbild des undenkbar Kleinen – jeder Esoteriker hätte seine Freude an Lindes Ideen.
Doch die Cobe-Messungen bestätigen den
russischen Forscher: In der kosmischen
Hintergrundstrahlung, dem Echo des Urknalls, finden sich feinste Kräuselungen.
Diese winzigen Unregelmäßigkeiten spiegeln die Verteilung der allerersten Materiewolken wider, die nach der Aufblähung
entstanden – und tatsächlich ähneln sie
den Wellen, die es in einem Mini-Universum gegeben haben muß.
Diese ersten Strukturen im All wurden
geformt von einem Schattenreich – der
dunklen Materie. Von welcher Zusammensetzung diese immensen, im All verlorenen Massen sind, stellt noch immer ein
kosmisches Geheimnis dar. Bekannt ist den
Forschern nur, daß solche Geistermaterie
existiert und sogar den größten Teil der
Welt ausmacht: „90 Prozent, vielleicht
auch 99 Prozent des Universums bestehen
daraus“, schätzt Astronom Bender.
Neue Rechnungen bestätigen diese Vermutung. All die Spiralen und Haufen der
Galaxien, die Planeten und Sterne, die am
Nachthimmel leuchten, sind demnach nur
Dekoration: Wie Sahnekleckse auf einer
riesigen Schokoladentorte, so sitzen die
leuchtenden Objekte auf der dunklen Materie. Diese wurde in den Kräuselungen
der Inflation zu einem gewaltigen Geflecht
geformt, das seither die scheinbar leeren
Räume des Weltalls füllt.
Daß die dunkle Materie die Formen im
Kosmos bestimmt, haben die Astrophysiker
durch Messungen an der Milchstraße gelernt: Die äußeren Sterne rotieren so
schnell um das Zentrum der Galaxis, daß
die Milchstraße eigentlich auseinanderfliegen müßte, bestünde sie aus ihrer sichtbaren Masse allein. Nur weil die dunkle Materie gleichfalls Anziehungskräfte ausübt,
hält die Galaxis zusammen. Die Schattenmaterie ist kosmischer Kitt.
Auch sogenannte Gravitationslinsen im
All, die das Licht ferner Sterne wie von
Geisterhand bündeln und ablenken, deuten
auf die mächtige Dunkelwelt hin.
Woraus aber mag sie bestehen? Rote,
Braune, Schwarze und Weiße Zwerge
könnten für einen Teil der dunklen Massen
herhalten. Diese alle sind Himmelskörper
ähnlich dem Wasserstoffplaneten Jupiter,
die chemisch zwar das Zeug zum Stern
hätten, aber für ein thermonukleares Feuer zuwenig Brennstoff besitzen.
Deswegen glimmen solche kosmischen
Blindgänger kaum sichtbar vor sich hin.
Nur dem Hubble-Weltraumfernrohr ge-
Kosmologe Linde
„Jetzt weiß ich, wie Gott das All schuf“
langen vor kurzem ein paar Aufnahmen
Brauner Zwerge in der Nachbarschaft des
Sonnensystems.
Doch Dunkelsterne allein können das
Rätsel nicht lösen: Neue Kalkulationen zeigen, daß sämtliche Atome, die in der Frühzeit des Universums entstanden, zusammengenommen nicht ausreichen, die dunkle Materie aufzuwiegen.
So handelt es sich wohl um exotische
Elementarteilchen, die vom sichtbaren
Kosmos auf seltsame Weise abgetrennt
sind. Aber welche? „Photinos, Winos oder
Zinos“, rät Astrophysiker Bender, „vielleicht auch eine besondere Form schweren
Lichts.“ Andere Experten haben andere
Tips. Lösen soll das Rätsel ein Superbeschleuniger am Genfer Kernforschungszentrum Cern, mit dem die Physiker im
kommenden Jahrzehnt in eine neue Partikelwelt eindringen wollen.
Es war das Geheimnis der dunklen Materie, das die Forscher so lange gehindert
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Titel
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er von 15 Milliarden Jahren – soviel Zeit ist
vergangen seit dem Urknall. Obendrein
verrieten die Messungen, daß der Schwung
der davonsausenden Galaxien so groß ist,
daß sie nie wieder zurückkehren werden –
das All expandiert ewig.
„Aber es gab noch eine viel größere
Überraschung“, sagt Leibundgut: Keines-
kulierte, es müsse eine Energie geben, die
überall im Universum auf den Raum einwirke. „Kosmologische Konstante“ taufte
er die ominöse Kraft, als er sie 1917 einführte, um ein paar Unstimmigkeiten in
seiner Relativitätstheorie auszubügeln.
Später nannte er diese Größe, die er nie
recht begründen konnte, „die größte Eselei meines Lebens“.
Daß es eine auseinandertreibende Kraft,
eine Antigravitation über kosmische Distanzen, offenbar doch gibt, kann als wissenschaftliche Sensation gelten. Verstanden ist diese Fernwirkung noch nicht. Doch
über deren Herkunft hegen die Theoretiker immerhin eine „starke Vermutung“
(Leibundgut): Es sei das Nichts selbst, das
den Raum auseinanderdrückt. Dem Vakuum, der Leere zwischen den Galaxien,
wohne eine Energie inne, die sich Platz zu
schaffen suche.
Astrophysiker Leibundgut
Begründet oder erklärt ist mit solchen
Rauschhafte Jagd nach Supernoven
Metaphern noch nicht allzuviel; so verwegs ist der Kosmos, jahrmilliardenlang suchen die Kosmologen, je nach wissenvon der Schwerkraft gebremst, in seiner schaftlichem Temperament, sich auf unExpansionsbewegung müde geworden. terschiedliche Weise daran zu gewöhnen,
Statt dessen nimmt die Geschwindigkeit, daß sich etwas Unbekanntes in ihr Weltbild
mit der sich das All ausdehnt, ständig zu – geschlichen hat.
als sei irgendwo im Universum eine gehei„Zutiefst zuwider“ sei ihm diese kosme Antriebsquelle verborgen.
mologische Konstante, jammert der USWas ist diese Kraft, die die Welt immer Forscher Mario Livio. Aber er kann es sich
schneller auseinandertreibt? Schon Albert auch nicht erklären, weshalb der Weltraum
Einstein, der große Seher der Physik, spe- wie ein Pizzateig im Backofen aufzugehen scheint. Zähneknirschend
kommt Livio zum Schluß: „AnOrientierungslichter im All
gesichts der Daten muß die Vakuum-Kraft existieren.“
A Das Licht eines Sterns in relativer Ruhe zur Erde
Unerschrockene Gelehrte wie
erscheint unverändert.
Harvard-Astronom Kirshner
hingegen freuen sich: Unverhofft
sei die Menschheit in den verStern
Erde
gangenen Monaten „viel klüger“ geworden über das UniverWellenlänge
sum – allerdings habe sich das
Weltall auch „weit mysteriöser
B Bewegt sich der Stern von der Erde weg, vergrößert sich
gezeigt als gedacht“.
dadurch der Abstand der Wellenkämme, das Licht erscheint
Danach, daß alles nur ein
zum Rot hin verschoben.
Meßfehler war, sieht es gegenwärtig nicht aus. Nach den letzStern
Erde
ten Ergebnissen steckt die Gesamtenergie des Alls zu fast drei
Wellenlänge
W. M. WEBER
hat, die Zukunft des Kosmos vorauszusagen. Sonst wäre eine solche Prophezeiung
ganz einfach: Ist wenig Materie im All,
dehnt es sich ewig aus. Ist viel Masse darin, wird es durch deren Schwerkraft irgendwann wieder zusammengezogen.
Doch weil sich die dunkle, im All versteckte Materie nicht abschätzen läßt, weiß
niemand, wieviel das All wiegt.
Um so erstaunlicher ist es, daß das
Schicksal des Kosmos vor ein paar Monaten dennoch enthüllt wurde – ferne Supernoven gaben den Astrophysikern über
die intergalaktischen Bewegungen Aufschluß. Weil diese explodierenden Sterne,
die nur ein paar Monate lang strahlen, wie
Orientierungslichter im Weltraum stehen,
eignen sie sich, das Problem der unbekannten dunklen Masse zu umgehen.
Daher haben sich die beiden Forschergruppen um den Australier Schmidt und
den US-Astronomen Saul Perlmutter auf
die Jagd nach solchen kosmischen Feuerwerken gemacht. Ein halbes Dutzend Riesenfernrohre zwischen Australien und Arizona, die über das Internet miteinander verbunden sind, richteten die Wissenschaftler
auf Supernoven aus. Manchmal durften sie
zudem das Hubble-Weltraumfernrohr benutzen. Derart ausgerüstet, konnten sie fast
jeden Monat irgendwo in der Tiefe des Alls
eine Sternexplosion beobachten.
Jede der Gruppen wollte die erste sein
bei der Neuvermessung des Weltraums.
„Tag und Nacht“ habe man im vergangenen Frühjahr gearbeitet, nachdem die Daten der ersten zehn Objekte aufgenommen
waren, erzählt der Astrophysiker Bruno
Leibundgut, ein Gefolgsmann Schmidts,
der die Suche in den Europäischen Observatorien koordiniert. Rauschhaft beinah
sei die Sternjagd gewesen: „Zum Nachdenken über das, was wir tun, kamen wir
keinen Moment.“
Die Forscher machten es sich zunutze,
daß bestimmte Supernoven („Typ 1a“)
überall im Universum gleich hell strahlen.
Diese kosmischen Sprengkörper bilden sich
aus ausgebrannten Sternen, die mit ihrer
Schwerkraft allmählich einen Nachbarstern
verschlingen. Hat ihr Gewicht einen
Schwellenwert erreicht, kommt es zur Explosion – immer mit derselben Leuchtkraft.
Deswegen sind Supernoven kosmische
Vermessungsmarken: Die Helligkeit, mit
der ihr Schein auf der Erde ankommt,
hängt allein von ihrer Entfernung ab. Und
die Farbe ihres Lichts zeigt die Geschwindigkeit, mit der diese Feuerwerke im sich
ausdehnenden All von der Erde wegrasen
(siehe Grafik).
Mit einer simplen Rechnung konnten die
Sternenjäger daraus das Alter des Universums bestimmen: Wie ein Zug, dessen Tacho 100 Stundenkilometer und 100 Kilometer Entfernung vom Bahnhof zeigt, vor
einer Stunde losgefahren sein muß, so lieferten Geschwindigkeit und Entfernung
der Supernoven eine kosmische Reisedau-
B
Infrarot
A
Sichtbare Wellenbereiche
Teleskop
Erde
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Ultraviolett
Sterne der
Milchstraße
bis zu 80000
Lichtjahre entfernt
SYGMA
Vierteln in der geheimnisvollen Kraft, die
aus dem Nichts kommen soll.
Wieder einmal fühlt sich Andrej Linde,
der Magier aus Moskau, bestätigt. Er verficht schon seit geraumer Zeit eine phantastische Theorie, in der das Nichts die Hauptrolle spielt: Das ganze Weltall sei daraus
entstanden. Eine Energie-Zuckung des
Vakuums hat nach seiner Ansicht den Urknall in Gang gesetzt. Und wenn die Entstehung eines Universums mit so wenig
Aufwand zu bewerkstelligen ist, sei auch
nicht einzusehen, weshalb es nur ein Universum geben soll.
Qualvoll sei der Weg zu dieser Feststellung gewesen, der zufolge unser Weltall nur
eines von vielen wäre, erzählt der russische
Forscher. Immer wieder sei er in tiefe Depressionen verfallen, als er sich Mitte der
achtziger Jahre den unlösbar scheinenden
Widersprüchen der Urknalltheorie gegenübersah. Wochenlang habe er weder essen
noch reden können: „Ich war wie gelähmt.“
Dann aber habe er binnen Tagen den
Mechanismus der „chaotischen Inflation“
gefunden, die erklären soll, wie es zum
Urknall kam. Ausgangspunkt von Lindes
Überlegungen sind Blitze aus dem Nichts,
sogenannte Fluktuationen, wie sie von Teilchendetektoren am Cern tatsächlich bemerkt wurden: Weil das Vakuum energiegeladen ist, treten darin Energieballungen
auf, die nach Momenten, viel kürzer als
eine millionstelmilliardstel Sekunde, von
selbst wieder vergehen.
Mitunter aber, behauptet Linde, könne
eine Konzentration mit dem Drang des Vakuums zusammenwirken, sich auszudehnen. Dann komme eine Art Schneeballeffekt in Gang: Es beginne eine kosmische
Inflation, bei der sich das betroffene winzige Gebiet schlagartig zu astronomischen
Dimensionen auswachse. So würde „bei
mehr als 10 Billionen Grad Temperatur“
(Linde) ein Universum geboren.
Durch Einsteins berühmte Formel „Energie entspricht Masse“ komme dann Materie in die Welt. So, wie sich Wasserdampf
in Tröpfchen niederschlägt, habe sich im
aufquellenden Weltall ein Großteil der immensen Anfangsenergie zu Elementarteil-
Schwarzes Loch (im Kern der Galaxie NGC 4261)*: „Ganz nah an den großen Fragen“
chen und Atomen kondensiert. Weil Ener- Immerhin stehe seine Lehre von den Urgiefluktuationen, die für Linde aller Dinge knällen am laufenden Band nicht im WiAnfang sind, im Vakuum immer wieder derspruch zu den Naturgesetzen.
auftreten, sei der Urknall keineswegs ein
Für eine wissenschaftliche Theorie sei
einmaliges Ereignis: Jedesmal, wenn zufäl- das zuwenig, moniert der Münchner Koslig die richtigen Energien aufeinanderträ- mologe Börner. Zugegeben, die Gedanken
fen, zische ein neues Weltall daraus hervor. des phantasiebegabten Kollegen aus Ruß„Unendlich viele Universen“ („Multi- land seien überaus anregend. „Aber sie
versen“) könnten auf diese Weise entstan- sind noch nicht einmal falsch“ – sondern
den sein, argumentiert Linde; das von den unüberprüfbar.
Menschen bewohnte sei nur wie eine
Doch das mag sich schnell ändern. GroBlase in einem gewaltigen kosmischen ße Hoffnungen setzt der Forscher aus MosSchaum. Mit einem Computer,
kau auf den verbesserten Nachden ihm ein großzügiger Herfolger des Cobe-Satelliten, der
Ist das
steller aus dem Silicon Valley hinim Jahr 2006 in Betrieb gehen
stellte, habe er das alles einmal
soll. Wenn diese neue Sonde den
Universum
durchgespielt.
nur eine von kosmischen Hintergrund mit
„Das ist es, was manche die
erreichter Genauigkeit neu
vielen Blasen nie
zweite Kopernikanische Revovermessen werde, könnten sich,
in einem
lution nennen“, erläutert der
„ganz am Rand unseres Koskosmischen mos“, vielleicht auch Hinweise
russisch-kalifornische Forscher.
„Früher war die Erde im Mittelauf andere Welträume finden.
Schaum?
punkt, dann die Sonne, aber das
Ähnlich ratlos wie heute vor
Universum war im Wortsinn
Lindes Multiversen standen die
noch immer eine einmalige Affäre. Damit Forscher schließlich noch vor Jahresfrist
ist jetzt Schluß.“
vor der Frage nach dem Alter des Weltalls.
Die verschiedenen Kosmen dieses Welt- Erst recht hätte damals kaum jemand zu
raum-Geflechts könnten ganz unter- hoffen gewagt, daß sich das All so schnell
schiedlich sein; möglicherweise entstanden als ewig expandierend herausstellen würin anderen Welten auch ganz andere Arten de. Und wer von der Antigravitation redevon Leben als in der Raum- te, deren Existenz inzwischen als wahrGalaxie
Galaxien im
Zeit-Domäne, in welcher der scheinlich angesehen wird, wurde noch im
NGC 1288
Hubble Deep Field
Mensch zu Hause ist – Lindes vergangenen Frühjahr als ein Phantast geWeltmodell erlaubt die wilde- scholten.
300 Millionen
bis zu 12 Milliarden
sten Spekulationen. Natürlich
In staunenswert kurzer Zeit haben die
Lichtjahre entfernt
Lichtjahre entfernt
gebe es das Problem, „daß man Kosmologen das Drehbuch entschlüsselt,
in die abgetrennten anderen dem die Entwicklung des Universums folgt.
Welträume nicht hineinsehen Aber damit ist ihre Wissenschaft längst
und dort nachschauen kann“.
nicht am Ende. Nun gilt es, die Kräfte aufGehört seine Theorie von zuklären, welche die Entstehung der Welt
den vielen Universen damit ins antrieben.
Reich der Mythen? „Es ist MeSo sind die Rätsel, die nun auf der Tataphysik“, sagt Linde lächelnd. gesordnung stehen, eine Dimension größer
Die Farbe des Sternenlichts kann dazu dienen, die Expansion des
„Aber gute Metaphysik.“ als die bisherigen: Gesucht ist nicht mehr
Alls zu messen: Je weiter Objekte von der Erde entfernt sind, um
das Wie, sondern das Warum der Schöpso schneller bewegen sie sich von ihr weg (Hubblesches Gesetz).
* Widerschein von Gasmaterie, die in
Das Licht naher Sterne kommt praktisch unverfälscht auf der Erde das Schwarze Loch im Zentrum stürzt; fungsgeschichte. „Wir sind jetzt“, glaubt
der Astronom West, „ganz nah an den
an, bei fernen Galaxien erscheint es zum Rot hin verschoben.
Aufnahme mit dem Hubble Space Telegroßen Fragen.“
Stefan Klein
scope.
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