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PHYSIK-NOBELPREIS
COBE und die Hintergrundstrahlung
von Stefan Deiters
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4. Oktober 2006

Gestern gab die Schwedische Akademie der Wissenschaft die Namen der diesjährigen Physik-Nobelpreisträger bekannt: Mit John C. Mather und George F. Smoot erhalten 2006 zwei Astrophysiker die wohl bedeutendste wissenschaftliche Auszeichnung. Gewürdigt wird ihre Untersuchung der kosmischen Hintergrundstrahlung mithilfe des COBE-Satelliten. 

John C. Mather

John C. Mather. Foto: NASA

Georg Smoot

George F. Smoot. Foto: The Lawrence Berkeley National Laboratory / University of California at Berkeley

Mit dem diesjährigen Physik-Nobelpreis werden jeweils zur Hälfte zwei Astronomen ausgezeichnet, deren Forschung sich mit den Anfängen des Universums beschäftigt: Wie eigentlich sind die Galaxien, die Galaxienhaufen und die Superhaufen entstanden, aus denen das Weltall besteht, wie entstanden die einzelnen Sonnen in ihnen, wie sah unser Weltall in seinen Babyjahren aus.

1989 startete die NASA den Satelliten COBE (für COsmic Background Explorer), der die kosmische Hintergrundstrahlung möglichst exakt vermessen sollte, um so die kosmologische Vorhersagen des Urknallmodells mit belastbarem Datenmaterial zu überprüfen. Nach diesem Urknallmodell handelt es sich bei dieser Hintergrundstrahlung nämlich um eine Überbleibsel der frühsten Phase in der Entwicklung unseres Kosmos. Als sie ausgesandt wurde, hatte das Universum eine Temperatur von rund 3.000 Grad Celsius. Inzwischen sollte die Strahlung aber auf 2,7 Grad über dem absoluten Nullpunkt abgekühlt sein.

Doch nicht nur die heutige Temperatur der Hintergrundstrahlung ist entscheidend, sondern auch ihr Spektrum: Dieses sollte nämlich, so die Urknall-Theoretiker, dem sehr charakteristischen Spektrum eines so genannten Schwarzen Körpers entsprechen. In so einem Spektrum hängt die Verteilung der emittierten Strahlung auf die unterschiedlichen Wellenlängen einzig und allein von der Temperatur ab. Und auch wenn sich die Temperatur der Strahlung inzwischen deutlich verringert hat, sollte das charakteristische Schwarzkörper-Spektrum erhalten geblieben sein.

Am 18. November 1989 war es dann soweit: Der COBE-Satellit wurde gestartet und nur neun Minuten nachdem man mit den ersten Beobachtungen begonnen hatte, konnten die ersten Daten ausgewertet werden. COBE hatte ein nahezu perfektes Schwarzkörper-Spektrum gemessen - ein Ergebnis, das bei seiner Vorstellung auf einer Fachkonferenz mit standing ovations bedacht wurde. Verantwortlich für die Koordination der COBE-Mission und für das Experiment, das das Schwarzkörper-Spektrum aufgenommen hat, war John C. Mather. Der heute 60-jährige arbeitet als Astrophysiker im Goddard Space Flight Center der NASA.

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Doch nicht nur die Form des Spektrums und die gemessene heutige Temperatur der Hintergrundstrahlung interessierte die Forscher damals: Sie wollten auch versuchen herauszufinden, wie es eigentlich dazu kommen konnte, dass sich Sterne und Galaxien bildeten. War wirklich alles gleichförmig am Anfang oder gab es winzige Unebenheiten, die quasi als Saatkörner für Sterne dienen konnten? Um mehr darüber zu erfahren, hatte COBE ein Instrument an Bord, das nach Temperaturschwankungen in der Hintergrundstrahlung suchen sollte, die nur ein Hunderttausendstel eines Grads betragen konnten. Verantwortlich für dieses Experiment war damals George F. Smoot. Heute ist der 61-jährige Professor für Physik an der University of California in Berkeley.

COBE hat tatsächlich gemessen, dass die Hintergrundstrahlung nicht exakt gleichförmig ist, sonders es winzige Fluktuationen gibt. Die COBE-Mission bot somit eindrucksvolle Beobachtungsdaten, die sich bislang nur mit der Urknalltheorie in Einklang bringen lassen. Neuere Mission, wie etwa WMAP, von denen astronews.com schon wiederholt berichtet hat, bestätigten und verfeinerten die Daten von COBE. Und die Forschung auf diesem Gebiet ist noch nicht abgeschlossen: So plant die ESA die Mission Planck, die die Hintergrundstrahlung noch detaillierter vermessen soll. Der diesjährige Nobelpreis geht also an die Pioniere eines noch sehr aktiven und spannenden Forschungsgebiet, das sich mit dem Anfang von allem befasst.

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siehe auch
WMAP: Babyfoto des Universums - 12. Februar 2003
Links im WWW
Nobelprize.org
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