Dem Urknall auf der Spur

Schon der Anfang der Planck-Mission verlief vielversprechend: Nach einer mehr als zehnjährigen Vorbereitungsphase erlebten die Wissenschaftler am 14. Mai 2009 einen Bilderbuchstart des Satelliten. Pünktlich zur Ankunft von Planck an seinem Arbeitsplatz, etwa 1,5 Millionen Kilometer außerhalb der Erdumlaufbahn, waren im Sommer 2009 dann auch die empfindlichen Instrumente auf ihre Arbeitstemperatur von teilweise nur 0,1 Grad über dem absoluten Nullpunkt (minus 273,15 Grad Celsisus) gebracht worden.

Damit sehen die Instrumente nicht nur die 2,7 Kelvin kalte Reststrahlung des Urknalls – den kosmischen Mikrowellenhintergrund –, sondern sie können auch dessen Temperaturvariationen von einigen Millionstel Grad genau kartografieren. Diese Schwankungen sind die ersten Zeugen der Entstehung aller beobachtbaren Strukturen im Universum also Sterne, Galaxien und Galaxienhaufen. Planck kann zwar nur bis zu einer Zeit etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall zurückblicken, seine Daten ermöglichen aber Rückschlüsse auf die allerersten Sekundenbruchteile des Weltalls, in denen vor etwa 14 Milliarden Jahren die späteren kosmischen Strukturen bereits angelegt wurden.

Plancks Ziel ist es, die Temperaturfluktuationen mit einer bisher noch nicht dagewesenen Genauigkeit zu vermessen. Dafür fährt der Satellit den Himmel mit Mikrowellenempfängern bei neun verschiedenen Frequenzen ab, die von hochfrequenter Radiostrahlung bei 30 Gigahertz (GHz) bis in den Bereich des Fern-Infraroten bei 857 GHz reichen. Die Wissenschaftler benötigen dieses breite Spektrum, da Planck nicht nur Strahlung aus der Urzeit des Kosmos empfängt, sondern auch Störstrahlung von Galaxien. Da diese Störstrahlung aber einen anderen spektralen Verlauf hat als das Licht des Urknalls, lässt sie sich durch die Multifrequenzmessung mit Planck identifizieren und untersuchen. Was die Kosmologen stört, bietet also Galaxienforschern wertvolle Informationen.

Der Großteil dieses Vordergrundlichts stammt von unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße. Durch unsere Lage innerhalb der galaktischen Scheibe haben wir eine schöne Panoramasicht auf das interstellare Medium darin, vermittelt durch die Wärmestrahlung von Staubwolken bei hohen Frequenzen und durch die Radiostrahlung von fast lichtschnellen Elektronen im galaktischen Magnetfeld.

Zu den weiteren Aufgaben der Mission gehört es, den Sunyaev-Zeldovich-Effekt zu messen. Dieses Phänomen wurde im Jahr 1969 von Rashid Sunyaev, heute Direktor am Max-Planck-Institut für Astrophysik, und Jakow Borissowitsch Seldowitsch vorhergesagt. Die im heißen, ionisierten intergalaktischen Gas eines Galaxienhaufens enthaltenen Elektronen können Photonen der kosmischen Hintergrundstrahlung streuen. Dabei wird Energie von den Elektronen auf die Photonen übertragen, deren Frequenz sich entsprechend erhöht – es kommt zu einer Verschiebung der relativen Anzahl von niedrigenergetischen und höherenergetischen Photonen im Vergleich zum ursprünglichen Planck-Spektrum. Dadurch werden Galaxienhaufen als „Schatten“ vor dem gleichmäßigen Spektrum des kosmischen Hintergrundes sichtbar.

(TE / HOR)