Kosmischer Defekt in der Hintergrundstrahlung?

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Ein ungewöhnlich kühler Fleck in der kosmischen Hintergrundstrahlung wird möglicherweise durch eine so genannte Textur verursacht, einen unmittelbar nach dem Urknall bei einem Phasenübergang entstandenen kosmischen Defekt. Diese Erklärung präsentiert jetzt ein spanisch-britisches Forscherteam in der Online-Ausgabe der Zeitschrift „Science“. Die Beobachtung von solchen kosmischen Defekten könnte neue Erkenntnisse über das frühe Universum und über die fundamentalen Naturkräfte liefern.

„Die kosmische Hintergrundstrahlung ist das älteste Bild, das wir vom Universum besitzen“, schreiben die Wissenschaftler um Marcos Cruz vom Instituto de Fisica de Cantabria in Santander und Neil Turok von der University of Cambridge, „sie ist deshalb unser bestes Werkzeug zur Untersuchung der frühen Entwicklung des Kosmos.“ Die bislang besten Daten über die Hintergrundstrahlung lieferte die 2001 gestartete amerikanische WMAP-Sonde (Wilkinson Microwave Anisotropie Probe). Die WMAP-Instrumente konnten noch Temperaturunterschiede von wenigen Millionsteln Grad in der Hintergrundstrahlung aufspüren.

Die meisten Temperaturschwankungen fügen sich problemlos in das Standardmodell der Kosmologie ein. Doch ein etwa fünf Grad großer kühler Fleck fällt aus dem Rahmen. Er lässt sich aufgrund seines flachen Spektrums weder durch Effekte im galaktischen Vordergrund, noch durch den Sunyaev-Zel'dovich-Effekt an Galaxienhaufen erklären. Auch ein großer kosmischer Leerraum kommt nach Ansicht von Cruz, Turok und ihren Kollegen als Erklärung nicht infrage, da er im Widerspruch sowohl zur Standard-Kosmologie als auch zu Galaxienzählungen stehen würde.

Abb.: Computersimulationen zeigen, wie sich Texturen auf die kosmische Hintergrundstrahlung auswirken. Sie können sowohl zu wärmeren (blau) als auch zu kühleren (rot) Flecken führen. (Quelle: Science/ V.Travieso und N.Turok)

Die Forscher sehen deshalb eine kosmische Textur als wahrscheinlichste Ursache für den kühlen Fleck an. Bei den Symmetrie brechenden Phasenübergängen im frühen Universum können unterschiedliche Arten von Defekten entstehen: kosmische Strings, Domänenwände oder eben Texturen. Letztere formen sich beim Bruch der Symmetrie einer einfachen Lie-Gruppe wie etwa der SU(2)-Gruppe. Texturen bilden eine Region mit einem erhöhten Energie-Impuls-Tensor und einem zeitlich variablen Gravitationspotenzial. Sie können deshalb auf charakteristische Weise entweder zu einer Rot- oder einer Blauverschiebung von durchlaufenden Photonen führen und entsprechend als kühle oder warme Flecken in der Hintergrundstrahlung auftauchen.

„Wir sind noch nicht sicher, dass es sich um eine Textur handelt“, gesteht Turok, „aber die Wahrscheinlichkeit, dass es sich um eine zufällige Fluktuation in der Hintergrundstrahlung handelt, beträgt nur ein Prozent. Wichtig ist, dass sich unsere Hypothese überprüfen lässt.“ Weitere Beobachtungen, beispielsweise mit dem im kommenden Jahr startenden europäischen Satelliten Planck, könnten zeigen, ob es sich bei dem Fleck tatsächlich um eine Textur handelt. Dann nämlich sollte die Hintergrundstrahlung im Bereich des Flecks keinerlei bevorzugte Polarisation zeigen. Handelt es sich dagegen doch um eine zufällige Fluktuation in der primordialen Dichte des Kosmos, dann sollte die Polarisation ein radiales Muster aufweisen.

Rainer Kayser

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  M. Cruz et al., A Cosmic Microwave Background Feature Consistent with a Cosmic Texture, Science (Online, 2007).
  http://dx.doi.org/10.1126/science.1148694
• Instituto de Fisica de Cantabria:
  http://www.ifca.es
• University of Cambridge:
  http://www.cam.ac.uk
• WMAP:
  http://map.gsfc.nasa.gov

Weitere Literatur:

• M. Cruz et al., The Non-Gaussian Cold Spot in the 3 Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe Data, Astrophysical Journal 655, 11 (2007).
• M. Cruz et al., The non-Gaussian cold spot in WilkinsonMicrowaveAnisotropyProbe: significance, morphology and foreground contribution, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 369, 57 (2006).
• N. Turok und D. Spergel, Global texture and the microwave background, Physical Review Letters 64, 2736 (1990).