Das Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) hat vergangene Woche eher lässig erklärt, dass es am Montag, 17. März, eine Pressekonferenz veranstalten wird, um eine „große Entdeckung“ anzukündigen. Ohne ein potenzielles Thema, über das Journalisten nachdenken könnten, war dies so melodramatisch wie es nur ging.
Aber dann the Guardian hat einen Artikel zu diesem Thema veröffentlicht und die Gerüchte gingen auf Hochtouren. Die Spekulationen sind folgende: Ein US-Team steht kurz davor zu bestätigen, dass es ursprüngliche Gravitationswellen entdeckt hat – Wellen im Gefüge der Raumzeit, die Echos des Urknalls vor fast 14 Milliarden Jahren tragen.
Wenn es Beweise für Gravitationswellen gibt, wird dies eine bahnbrechende Entdeckung sein, die letztendlich das Gesicht der Physik verändern wird.
Gravitationswellen sind nicht nur die letzte ungeprüfte Vorhersage der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein, sondern primordiale Gravitationswellen werden es Astronomen ermöglichen, das Universum in seinen Kinderschuhen zu sehen.
„Es wurde der Heilige Gral der Kosmologie genannt“, sagte Hiranya Peiris, eine Kosmologin vom University College London, dem Guardian. 'Es wäre eine wirklich große, große, große Entdeckung.' Jeder überzeugende Beweis würde mit ziemlicher Sicherheit zu einem Nobelpreis führen.
Das Signal soll von einem Teleskop namens . gefunden worden sein BICEP (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization), die den Himmel vom Südpol aus scannt und nach einem subtilen Effekt im kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB) sucht: die Strahlung, die 380.000 Jahre nach dem Urknall freigesetzt wurde, als der Weltraum für Licht transparent wurde und Photonen wurden erlaubt, sich frei durch das Universum zu bewegen.
Das Südpolteleskop (links) und BICEP (rechts). Bildquelle: Dana Hrubes
Während die CMB mit exquisiten Details kartiert wurde, glauben Astronomen, dass sich in der Karte ein zweiter Fingerabdruck versteckt, der Gravitationswellen enthüllen würde. Seine Strahlung wurde von den frühesten Atomen des Universums zu uns gestreut, ähnlich wie blaues Licht von den Atomen am Himmel zu uns gestreut wird. Und so wie der Himmel leicht polarisiert ist – die Wellen haben eine bevorzugte Ausrichtung –, ist dies auch der CMB (auf dem Niveau von einigen Prozent).
Kosmologen wühlen sich durch die Daten und suchen nach einer subtilen Wendung im polarisierten Licht, die als B-Modi bekannt ist. Wenn sich eine Gravitationswelle durch die Raumzeit bewegt, drückt sie die Raumzeit in eine Richtung (das Universum sieht etwas heißer aus) und dehnen sie in eine andere (das Universum sieht etwas kühler aus). Die Photonen streuen mit einer bevorzugten Richtung und hinterlassen aufgrund der vorbeiziehenden Gravitationswelle einen leicht polarisierten Abdruck auf dem CMB.
Der Nachweis dieses leichten Polarisationsmusters in der CMB wird es Astronomen nicht nur ermöglichen, Hinweise auf ursprüngliche Gravitationswellen zu finden, sondern sie wird auch den Beweis liefern, dass sich das Universum unmittelbar nach dem Urknall exponentiell – aufgeblasen – um mindestens den Faktor 10 . ausdehnt25. Während die Inflationstheorie eine Säule der Urknall-Kosmologie ist und dazu beiträgt, die wichtigsten Merkmale des beobachtbaren Universums heute zu erklären (z. B. warum das Universum auf so massiven Skalen außergewöhnlich gleichmäßig ist), kaufen viele Physiker sie nicht. Es bleibt ein theoretischer Rahmen, weil wir nicht erklären können, welcher physikalische Mechanismus eine so massive Expansion angetrieben, geschweige denn aufgehalten hätte.
Inflation ist der einzige Mechanismus mit der Fähigkeit, Gravitationswellen, die aus Quantenfluktuationen der Schwerkraft selbst entstehen, in ein nachweisbares Signal zu verstärken.
„Wenn eine Entdeckung gemacht wurde, ist das außerordentlich aufregend“, sagte Andrew Jaffe, ein Kosmologe vom Imperial College in London, dem Guardian. „Dies ist das wirklich große Kontrollkästchen, auf das wir gewartet haben. Es wird uns etwas unglaublich Grundlegendes darüber sagen, was geschah, als das Universum nur 10 . war-3.4Sekunden alt.“
Aber selbst wenn sich die Gerüchte bewahrheiten, ist es wichtig, skeptisch zu bleiben. Das Extrahieren des Signals ist extrem schwierig. Die Temperatur des CMB variiert um einige Teile von 100.000. Im Vergleich dazu machen B-Moden nur einen Teil von 10 Millionen in der CMB-Temperaturverteilung aus.
Die Mikrowellen wandern auch zuerst durch das gesamte beobachtbare Universum. Erst letztes Jahr wurde das Signal mit dem South Pole Telescope zum ersten Mal im CMB nachgewiesen, aber es wurde tatsächlich durch dazwischenliegende Galaxienhaufen verzerrt und ist nicht dem CMB selbst eigen.
Die Ankündigung erfolgt am Montag um 12.00 Uhr EST.