Matthias Gräbner - Kosmos - Quanten - Zeitreise.

Jedenfalls heute - zu anderen Zeiten verhielt es sich anders. In der Rekombinationsphase des Universums etwa, rund 377.000 Jahre nach dem Big Bang, bestand der Kosmos aus zehn Prozent Neutrinos, zwölf Prozent Atomen, 15 Prozent Photonen und 63 Prozent Dunkler Materie - von der Dunklen Energie war fast nichts zu spüren. Das weist schon darauf hin, worum es sich bei der seltsamen Dunklen Energie eigentlich handeln könnte: Um die Energie des leeren Raums, Vakuumenergie, von der es so kurz nach dem Urknall einfach noch nicht viel gab.

Zwar hat die Analyse der Hintergrundstrahlung Parameter erbracht, die bis auf zwei Prozent an den für ein flaches Universum nötigen Werten liegen - der endgültige Beweis steht trotzdem noch aus. Da kommt es der Wissenschaftsgemeinde sehr gelegen, dass zwei französische Theoretische Physiker eine unabhängige Methode entwickelt haben, auf die Geometrie des Universums zu schließen. Im Wissenschaftsmagazin Nature stellen sie ihr Verfahren vor. Es beruht im Grunde auf zwei beobachtbaren Daten: Der Rotverschiebung eines astronomischen Objekts und des relativen Winkels zwischen zwei Objekten. Kennt man die Geometrie des Raums, in dem sich beide Objekte bewegen, kann man die nicht direkt messbare Position berechnen. Hätte man nun ein Objekt bekannter Form, für das man die Rotverschiebung zweier Punkte messen kann, könnte man daraus exakt die Geometrie des Universums ableiten. So leicht ist es allerdings leider nicht.

Wovon wir aber ausgehen können, jedenfalls wenn unsere Modelle stimmen, ist die Homogenität des Universums. Und hier kommt der Trick der beiden französischen Physiker ins Spiel: Man nehme eine größere Anzahl weit entfernter Galaxienpaare - Binärsysteme, die sich um einen gemeinsamen Schwerpunkt bewegen. Nun müsste die Ausrichtung der beiden Teile des Paars zueinander, geht man von einem homogenen Universum aus, eigentlich rein statistisch verteilt sein, es dürfte keine Vorzugsrichtungen geben. Nun braucht man nur noch die tatsächlich gemessene, eben nicht rein statistische Verteilung in ein Modell des Universums zu geben, dass dessen Geometrie berücksichtigt, und so lange an den Parametern herumspielen, bis sich eine korrigierte Gleichverteilung ergibt - und schon hat man die korrekte Form des Universums gefunden.

Ob das Verfahren funktioniert, haben die Franzosen auch gleich ausprobiert: Das Ergebnis - das Universum ist eine Scheibe - passt zum Standardmodell der Kosmologie. Die Forscher zeigen dabei auch, dass die mysteriöse Dunkle Energie wohl eine Art Vakuumenergie sein muss - was sie in direkte Beziehung zu Einsteins kosmologischer Konstante setzt. Interessant ist diese Auflösung aber nicht nur für Kosmologen: Die Gestalt des Universums bestimmt auch sein Ende - wird es sich einfach nur zu Tode expandieren, bis alle Objekte verdampft und vielleicht sogar alle Protonen zerfallen sind, oder wird es gar in einem „Big Rip“ durch die Dunkle Energie von der immer weiter beschleunigenden Expansion auseinandergerissen?

Forscher entdecken den ersten Planeten mit einer Herkunft außerhalb unserer Milchstraße.

Der Planet HIP13044b hat offenbar gleich mehrere ungewöhnliche Eigenschaften: Er ist seiner Sonne sehr nah, und er ist mit dieser aus einer Begleitgalaxis unserer Milchstraße eingewandert.

Auf HIP 13044b geht es wohl eher ungemütlich zu. Der Planet, etwas größer als unser Jupiter, umkreist seinen Heimatstern auf einer sehr engen Bahn. Auf bis zu 0,06 Astronomische Einheiten (AU) kommt er der Sternenoberfläche nahe - das ist gerade einmal noch ein Fünftel der kleinsten Sonnenentfernung des Merkur. Auch ist seine Bahn ungewöhnlich stark elliptisch, mit einer Exzentrizität von 0,25 liegt sie noch über der des sonnennächsten Planeten, während die Erde mit einer Exzentrizität von 0,0167 fast eine Kreisbahn beschreibt.

Gesehen hat HIP13044b noch niemand - seine Entdecker sind ihm mit Hilfe des hochauflösenden Spektrographen FEROS am 2,2-Meter-Teleskop des ESO-Observatoriums La Silla in Chile auf die Spur gekommen. Der Entdeckungsprozess selbst gleicht dem der einigen Hundert anderen Exoplaneten, die mittlerweile in den Fachjournalen gelistet sind. Das heißt, periodische Unregelmäßigkeiten im Spektrum des 2000 Lichtjahre von der Erde entfernten Sterns HIP 13044 haben darauf aufmerksam gemacht, dass dort noch ein unsichtbarer Begleiter im Spiel sein könnte.

Dass dieser Exoplanet es sogar in das renommierte Wissenschaftsmagazin Science geschafft hat, liegt an seiner ungewöhnlichen Herkunft, sowohl aus örtlicher als auch aus geschichtlicher Sicht. Sein bis auf das „b“ gleichnamiger Stern gehört nämlich zu einer Gruppe, die sich Helmi-Strom nennt - eine Gruppe von Sternen, die ursprünglich zu einer separaten Zwerggalaxis gehört haben muss. Diese könnte vor etwa sechs bis neun Milliarden Jahren einem Fall von galaktischem Kannibalismus zum Opfer gefallen und von den Gezeitenkräften der Milchstraße zerrissen worden sein - ähnlich wie es derzeit den Mitgliedern der Sagittarius-Zwerggalaxiegeschieht.

Die Forscher halten es für wenig wahrscheinlich, dass HIP 13044 seinen planetaren Begleiter erst nach dem Einzug in die Milchstraße aufgepickt hat. Das hält allerdings weitere Rätsel bereit, denn es handelt sich hier um einen Stern, dem man aufgrund seiner Eigenschaften eigentlich gar keine Planeten zugetraut hätte. Vor allem die Tatsache, dass sich im Spektrum von HIP 13044 sehr wenig Metalle finden lassen, passt nicht zu den gegenwärtigen Theorien über die Entstehung von Planeten. Bisher gibt es jedenfalls keine Erklärung dafür, wie sich rund um einen solchen Stern Planeten gebildet haben könnten.

Und es müssen, wie weitere Daten zeigen, tatsächlich einmal mehrere Planeten gewesen sein. Offenbar hat HIP 13044 in einem früheren Stadium seiner Entwicklung schon einige seiner inneren Planeten geschluckt, als er sich zu einem Roten Riesen aufblähte. Darauf weist die messbare Tatsache hin, dass seine Rotationsgeschwindigkeit für Objekte dieses Typs ungewöhnlich hoch ist. Andere Forscher haben bereits gezeigt, dass es zu einer Erhöhung dieser Rotationsgeschwindigkeit führt, wenn ein Stern Planeten in seine Hülle einschließt.

Spannend dürfte auch das weitere Schicksal unseres extragalaktischen Besuchers sein. Zwar konnte er dem Tod im Sterninneren bisher entfliehen - doch sein Heimatstern ist so alt, dass ihm (in kosmologischen Zeiträumen) bald ein neuer Entwicklungsschritt bevorsteht. Derzeit verbrennt er als Teil des so genannten Horizontalastes im Hertzsprung-Russel-Diagramm in seinem Kern Helium, in der Hülle Wasserstoff. Sobald das Helium im Kern aufgebraucht ist und wenn die Masse des Sterns nicht ausreicht, um Kohlenstoff zu verbrennen, folgt der nächste Schritt - das Helium in der Hülle fusioniert und der Stern dehnt sich (bei schrumpfendem Kern) weiter aus, er wird zu einem Stern auf dem asymptotischen Riesenast. Am Lebensende steht dann ein starker Masseverlust - der Beobachter sieht einen Planetarischen Nebel.

Australischen Astronomen ist ein erhellender Blick in die Frühzeit des Universums gelungen - im Prinzip mit ein paar Drähten.

Das Universum hat in seinem langen Leben schon alles mögliche durchgemacht. Zunächst ein überaus hektischer Urknall, gefolgt von einer Zeit relativer Ruhe. Etwa vierhunderttausend Jahre nach dem Big Bang hatten Protonen und Elektronen sogar Ruhe genug, sich zu neutralen Atomen zu verbinden, ein Zustand, der für einige hundert Millionen Jahre anhalten sollte. Erst dann hatten sich genug Sterne und Galaxien gebildet, um das Weltall mit so viel ionisierender Strahlung zu füllen, um die Wasserstoffatome wieder in ihre Teile zu trennen. Kosmologen sprechen von der Reionisierungsphase.

Dass beide Phasen, die neutrale und die ionisierte, in dieser Reihenfolge existiert haben müssen, dafür gibt es viele Indizien. Die Beobachtung der Spektren sehr weit entfernter Quasare zeigt zum Beispiel, dass hier das UV-Absorptionsspektrum des neutralen Wasserstoffs fehlt. Vor einer Milliarde Jahren muss das Universum also schon ionisiert gewesen sein. Andererseits zeigt eine Analyse der kosmischen Hintergrundstrahlung, eines Überbleibsels des Big Bang, dass das Weltall deutlich vor dieser Zeit mit neutralen Atomen gefüllt gewesen sein muss. Wann vollzog sich der Übergang zwischen diesen beiden Zuständen? Das gehört derzeit noch zu den ungelösten Problemen der Kosmologie.