Was ist die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung? Ist es nach dem Urknall entstanden?

Was ist die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung?

Die Entstehung und Entdeckung der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung

Die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung (kurz: CMB) ist das älteste und am weitesten verbreitete Licht, das wir im gesamten Universum sehen können. (Fotoquelle: Yaroslav Vitkovskiy/Shutterstock)

Dieser Artikel erschien zuerst im Magazin The Conversation. Das Magazin hat diesen Artikel für die Rubrik „Expert Voices: Op-Ed & Insights“ von Space.com lizenziert.

Was ist die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung? Ist es nach dem Urknall entstanden? -Sreehari, 9 Jahre alt, aus Kerala, Indien.

Die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung (kurz: CMB) ist das älteste und am weitesten verbreitete Licht, das wir im gesamten Universum sehen können. Es entstand kurz nach dem Urknall (dem Beginn des Universums).

Es handelt sich jedoch nicht um Licht, das Sie oder ich mit bloßem Auge sehen können. Das Licht, das wir sehen können, wird sichtbares Licht genannt, es gibt jedoch auch andere Arten von Licht. Mikrowellen sind eine Art Licht, ebenso wie die Röntgenstrahlen, die wir zur Untersuchung von Knochenbrüchen verwenden, und die Radiowellen, die wir zum Musikhören im Auto verwenden.

Anfangs bestand auch die CMB aus sehr energiereichen Röntgenstrahlen, doch mit der Zeit verlor sie allmählich an Energie und wurde zu Mikrowellen mit niedrigerer Energie.

Bei der CMB handelt es sich um Licht, das seit der Entstehung des Universums existiert, als es sehr heiß und dicht sowie voller Elektronen und Protonen war. Diese Partikel tragen eine elektrische Ladung, und wenn Licht auf eines davon trifft, sendet die Ladung das Licht in eine andere Richtung. Dadurch wird verhindert, dass das Licht sehr weit reist.

Ein Foto der CMB, aufgenommen vom Planck-Teleskop. Die Farben stellen die unterschiedlichen Temperaturen an verschiedenen Stellen der CMB dar. (Bildnachweis: ESA und Planck Laboratory, CC BY-SA)

Langsam abkühlen lassen

Im Laufe der Zeit dehnte sich das Universum aus und kühlte allmählich ab. Schließlich, nach dem Abkühlen bis zu einem bestimmten Punkt, verbanden sich die Elektronen und Protonen zu Wasserstoffatomen. Diese Atome haben keine elektrische Ladung und beeinflussen daher die Lichtausbreitung nicht auf die gleiche Weise wie Elektronen und Protonen. Durch sie kann sich Licht im Universum ausbreiten, als wäre das Universum leer.

Das Universum kühlt überall mit der gleichen Geschwindigkeit ab und dieser Prozess findet überall gleichzeitig statt. Plötzlich konnte sich Licht schnell und gleichzeitig über weite Entfernungen durch das gesamte Universum bewegen. Auch heute noch ist Licht auf der Erde unterwegs und das Licht, das die Erde erreicht, ist die kosmische Mikrowellenstrahlung.

Vor der Entstehung des ersten Atoms war CMB-Licht im gesamten Universum vorhanden, konnte sich jedoch nicht sehr weit ausbreiten. Tatsächlich wissen wir, dass es 380.000 Jahre nach dem Urknall freigesetzt wurde. Vom Urknall bis zur Freisetzung des Lichts mag eine lange Zeit vergangen sein, doch gemessen am Alter des Universums, das bei fast 14 Milliarden Jahren liegt, geschah dies tatsächlich, als das Universum noch sehr jung war.

Die Hintergrundstrahlungswelle liefert uns viele wichtige Informationen, beispielsweise wann das Universum entstanden ist. Der Urknalltheorie zufolge war das frühe Universum extrem heiß und voller Strahlung. Als sich das expandierende Universum abkühlte, wurde diese Strahlung schließlich freigesetzt und bildete die CMB, die wir heute sehen. Die Urknalltheorie macht sogar Vorhersagen über die Temperatur des Universums, weshalb wir die CMB als Beweis dafür verwenden, dass die Urknalltheorie richtig ist.

Eine unerwartete Entdeckung

Die CMB wurde eigentlich zufällig entdeckt. Zwei Wissenschaftler, Robert Wilson und Penzias, entdeckten, dass sie bei Beobachtungen mit einem Mikrowellenteleskop immer das gleiche externe Signal sahen, egal wie sie die Antenne bewegten. Sie vermuteten, dass dieses Signal möglicherweise vom Teleskop selbst verursacht wurde – vielleicht sogar von Taubenkot auf der Antenne.

Abgebildet ist die 15-Meter-Hornantenne von Holmdel, die von den Radioastronomen Robert Wilson und Arno Penzias am Bell Telescope Laboratory in Holmdel, New Jersey, verwendet wurde, als sie die CMB entdeckten. (Bildnachweis: NASA via Wikipedia)

Schließlich wurde ihnen klar, dass sie die Ersten waren, die die CMB entdeckt hatten, deren Existenz schon lange von der Urknalltheorie vorhergesagt worden war. Dafür haben sie den Nobelpreis bekommen.

Seitdem haben wir viele Teleskope ins All geschickt und immer präzisere Bilder der CMB erhalten. Die Beobachtung des ältesten Lichts im Universum kann uns helfen, viele Dinge zu verstehen, die wir heute sehen.

VON: Christopher Pattison

FY: Alle möglichen Dinge

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