Uralte Signale aus dem frühen Universum
Signatur von Inflaton-Fluktuationen müsste laut Berechnungen überraschend deutlich sein.
Theoretische Physiker der Universität Basel haben erstmals das Signal bestimmter Gravitationswellen-
Abb.: Gemäss den Berechnungen erzeugen die Oscillons einen charakteristischen Peak im ansonsten breiten Spektrum der Gravitationswellen. (Bild: U. Basel)
Gravitationswellen liefern aber nicht nur Erkenntnisse zu solchen astrophysikalischen Großereignissen, sondern bieten auch Einblick in die Entstehung des Universums selbst. Um mehr über diese Phase des Alls zu erfahren, erforschen Stefan Antusch und sein Team vom Departement Physik der Universität Basel den stochastischen Gravitationswellenhintergrund. Dieser Hintergrund besteht aus Gravitationswellen von sehr vielen Quellen, die sich überlagern und zusammen ein breites Spektrum an Frequenzen ergeben. Die Basler Physiker berechnen Vorhersagen zu den Frequenzbereichen und zur Stärke der Wellen, die sich dann in Experimenten testen lassen.
Kurz nach dem Urknall war das heute sichtbare Universum noch sehr klein, dicht und heiss. „Man kann sich da etwas in der Größe eines Fussballs vorstellen”, erklärt Antusch. Das gesamte Weltall war auf diesen sehr engen Raum komprimiert und äußerst turbulent. Die Kosmologie geht heute davon aus, dass das Universum damals von dem Inflaton-
Das Inflaton fluktuierte stark und diese Fluktuationen hatten besondere Eigenschaften. Sie bildeten beispielsweise Klumpen, schwankten also in lokalisierten Bereichen. Diese Bereiche nennt man Oscillons. Man kann sie sich als stehende Wellen vorstellen. „Obwohl die Oscillons schon lange nicht mehr existieren, sind die Gravitationswellen, die sie ausgesandt haben, allgegenwärtig – durch sie können wir weiter zurückschauen als jemals zuvor”, sagt Antusch.
Der theoretische Physiker und sein Team konnten in numerischen Simulationen berechnen, wie das Signal der Oscillons, welches nur Bruchteile von Sekunden nach dem Urknall ausgesendet wurde, aussieht. Es erscheint als starker Peak in dem ansonsten breiten Frequenzspektrum der Gravitationswellen. „Wir hätten vor unseren Berechnungen nicht gedacht, dass Oscillons ein solch starkes Signal bei einer bestimmten Frequenz erzeugen können”, erläutert Antusch. Nun sind experimentelle Physiker gefragt, ob sich dieses Signal mit Detektoren tatsächlich nachweisen lässt.
U. Basel / DE