Neues aus Ihrem Universum: Die Planck-Ergebnisse sind da

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Die Planck-Ergebnisse sind da. Die Gute Nachricht vorweg: Das Universum ist im Großen und Ganzen noch das gleiche wie vorher. Die Schlechte: So ein bisschen anders als gedacht ist es offenbar schon.

Das Babyuniversum im Alter von 380000 Jahren, gesehen von Planck (Foto: ESA)

Wobei die “schlechte” Nachricht eigentlich das ist, auf das alle sehnsüchtig gewartet haben. Denn das unsere Kenntnis des Kosmos noch nicht vollständig ist, weiss man schon länger. Planck hat das jetzt bestätigt: die kosmische Hintergrundstrahlung zeigt Asymmetrien, die vom Standardmodell der Kosmologie nicht vorhergesagt werden. Was genau das zu bedeuten hat, weiss man allerdings noch nicht.

Genauer als WMAP: die Planck-Himmelskarte ist 15 mal schärfer als die bisherige. (Foto: ESA)

Aber zunächst mal die wichtigsten Ergebnisse in Kürze, wie sie heute Vormittag im Hauptquartier der Esa in Paris vorgestellt wurden:

  • Das Universum ist etwas älter als gedacht: Der Urknall ereignete sich vor 13,81 ± 0,05 Milliarden Jahren.
  • Es besteht vor allem aus Dunkler Energie 68,3% (72,8%) und Dunkler Materie 26,8% (22,7%). Atome und “gewöhnliche Materie machen nur 4,9% (4,5%) der gesamten Materie-Energiedichte des Kosmos aus. In Klammern die Stimmenanteile bei der letzten Bundestagswahl die bisher bekannten Werte ‘vor Planck’. Damit hat sich an dem Aufbau unseres Universums nicht viel geändert. Wir, als aus Atomen aufgebaute Wesen, sind nur eine Randerscheinung. Was genau nun die Dunkle Materie und Energie sein sollen, darüber verraten die Planck-daten zunächst einmal nichts.
  • Es gibt offenbar keine vierte Generation von Neutrinos. Wir müssen uns mit den bekannten drei zufrieden geben.
  • Die Fluktuationen im kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB) sind in einer Himmelshemisphäre größer als in der anderen. Dies deutet auf eine Vorzugsrichtung im Universum hin. So eine wird vom Urknallmodell aber nicht vorhergesagt, ihm zufolge sollte die Strahlung aus jeder Richtung des Kosmos isotrop, d.h. gleichförmig zu uns gelangen.
  • Auch zeigen die Daten, dass die Temperaturfluktuationen auf großen Winkelskalen nicht den im Standardmodell vorhergesagten Werten entsprechen: Ihre Signale sind nicht so stark, wie dies von der von Planck entdeckten kleinmaßstäbigeren Struktur zu erwarten gewesen wäre.
  • Und schließlich fanden die Forscher einen ungewöhnlich großen “kalten Fleck”, dessen Areal am Himmel wesentlich größer ist als erwartet. Den kannte man zwar schon durch die Messungen von Plancks Vorgänger, der NASA-Mission WMAP, beachtete ihn aber nicht weiter, weil man ihn für ein statistische Fluktuation hielt. Das kann man nun ausschließen – der Fleck ist real.

Die letzten drei Punkte geben den Physikern die Hausaufgaben auf: Was sie zu bedeuten haben? Man wird es sehen. Heute nachmittag werden die wissenschaftlichen Ergebnisse weiter vorgestellt, nachher (16:00 MEZ) folgt eine weitere Pressekonferenz der NASA. Es bleibt spannend.

Nachtrag [13:00]:

Wer sich richtig reinlesen will – die wissenschaftlichen Veröffentlichungen sind online.

Wer es lieber bunt mag: Interaktives Tool mit allen neun Planck-Kanälen. Kann mir nicht helfen – mir gefällt das visuelle Bild immer noch am besten…

Mit dem Astronomievirus infiziert wurde ich Mitte der achtziger Jahre, als ich als 8-Jähriger die Illustrationen der Planeten auf den ersten Seiten eines Weltatlas stundenlang betrachtete. Spätestens 1986, als ich den Kometen Halley im Teleskop der Sternwarte Aachen sah (nicht mehr als ein diffuses Fleckchen, aber immerhin) war es um mich geschehen. Es folgte der klassische Weg eines Amateurastronomen: immer größere Teleskope, Experimente in der Astrofotografie (zuerst analog, dann digital) und später Reisen in alle Welt zu Sonnenfinsternissen, Meteorschauern oder Kometen. Visuelle Beobachtung, Fotografie, Videoastronomie oder Teleskopselbstbau – das sind Themen die mich beschäftigten und weiter beschäftigen. Aber auch die Vermittlung von astronomischen Inhalten macht mir großen Spaß. Nach meinem Abitur nahm ich ein Physikstudium auf, das ich mit einer Diplomarbeit über ein Weltraumexperiment zur Messung der kosmischen Strahlung abschloss. Trotz aller Theorie und Technik ist es nach wie vor das Erlebnis einer perfekten Nacht unter dem Sternenhimmel, das für mich die Faszination an der Astronomie ausmacht. Die Abgeschiedenheit in der Natur, die Geräusche und Gerüche, die Kälte, die durch Nichts vergleichbare Schönheit des Kosmos, dessen Teil wir sind – eigentlich braucht man für das alles kein Teleskop und keine Kamera. Eines meiner ersten Bücher war „Die Sterne“ von Heinz Haber. Das erste Kapitel hieß „Lichter am Himmel“ – daher angelehnt ist der Name meines Blogs. Hier möchte ich erzählen, was mich astronomisch umtreibt, eigene Projekte und Reisen vorstellen, über Themen schreiben, die ich wichtig finde. Die „Himmelslichter“ sind aber nicht immer extraterrestrischen Ursprungs, auch in unserer Erdatmosphäre entstehen interessante Phänomene. Mein Blog beschäftigt sich auch mit ihnen – eben mit „allem, was am Himmel passiert“. jan [punkt] hattenbach [ät] gmx [Punkt] de Alle eigenen Texte und Bilder, die in diesem Blog veröffentlicht werden, unterliegen der CreativeCommons-Lizenz CC BY-NC-SA 4.0.

21 Kommentare

  1. Schreibfehler?

    Entschuldigen Sie bitte mein blockwarthaftes Auftreten, aber
    “…das unsere Kenntnis des Kosmos noch vollständig ist…”
    ist wohl ein Schreibfehler.

    vG

  2. Mal eine Laien-Frage

    Warum meint die Wissenschaft eigentlich zu wissen, wie GROSS das Universum ist?

    Man beobachtet auseinander fliegende Teilchen und Objekte, die in der erwarteten (oder nun doch in einer anderen) Geschwindigkeit auseinander fliegen und zieht daraus Schlüsse.

    Aber woher will man wissen, ob nicht HINTER dem sichtbaren Horizont noch viel mehr ist? Materie, Energie, eine dicke Wand ;-)…. also Objekte, die zwar nicht sichtbar sind, aber doch mit den gerade noch sichtbaren Objekten wechselwirkt?

    “Sichtbar” bedeutet doch nur: Strahlung ferner Objekte erreicht irgendwann die terrestrischen Teleskope und Raumsonden.

    Was spricht dagegen, dass es sehr viel weiter weg noch anderes gibt, das noch nicht (oder vielleicht niemals) gesichtet werden kann ?

    Könnten Sie das vielleicht in einer für Laien verständlichen Art erklären?

  3. @ClaudiaBerlin

    Ich versuche es mal so: Unter der Annahme, dass das Universum vor 13,8 Milliarden Jahren im Urknall begonnen hat und sich seither ausdehnt, kann es nicht unendlich groß sein. Seine Größe wir bestimmt durch die Zeit, die seit dem Urknall vergangen ist und seine (zeitlich variable) Ausdehnungsrate. *Wie* groß es ist, ist eine interessante und nicht ganz einfach zu beantwortende Frage, da verlinke ich gerne auf einen Nachbarblog: http://scienceblogs.de/…-beobachtbare-universum/ (Spoiler: es ist nicht 13,8 Milliarden Lichtjahre groß, das wäre ja zu einfach…)

    Die Hintergrundstrahlung, die Planck gemessen hat, ist der sichtbare Horizont des Universums, einfach weil erst ab dem Zeitpunkt der Entstehung der Hintergrundstrahlung (380000) Jahre nach dem Urknall, das Universum für elektromagnetische Strahlung durchsichtig wurde. “Davor” können wir nicht schauen, weil wir nicht durch den Plasmanebel blicken können.

    Natürlich kann man die Urknalltheorie (das kosmologische Standardmodell) in Frage stellen, das ist sogar legitim. Doch dann muss man anders erklären, wie 1) die Hintergrundstrahlung 2) die kosmische Expansion gemessen anhand der Galaxienflucht und 3) die Elementhäufigkeit zustande kommen. Das vermag zur Zeit nur die Urknalltheorie, und die wurde durch Planck gerade eben wieder mal bestätigt. Und die ergibt mit den ebenfalls von Planck neu bestimmten Parametern eben eine Zahl für die Größe des Universums, um zu Ihrer Frage zurückzukommen.

  4. ClaudiaBerlin

    Herzlichen Dank für die Erklärung!

    Dies alles bezieht sich auf das beobachtbare Universum. Wenn man nun Effekte findet, die mit dem Standardmodell nicht recht erklärbar sind (z.B. “eine Vorzugsrichtung im Universum”) – ist es da nicht THEORETISCH auch möglich, dass sich “neben” unserem beobachtbaren Universum evtl. noch ein anderes befindet?

    So etwa wie verschiedene Seifenblasen (=unterschiedliche RaumZeit-Universen) durch die Luft schweben?

    Dass das Standardmodell mittlerweile erfordert, dass das Universum – locker zusammen gefasst – aus über 90% DUNKLER Materie und Energie bestehen soll, die noch nie ein Mensch wahrgenommen und noch kein Gerät gemessen hat, zeigt ja, dass “wilde Spekulationen” auch in den einschlägigen Wissenschaften nicht etwa außen vor bleiben, sondern zur anerkannten Säule unseres Weltbilds werden.

    Ich kritisiere das nicht, sondern nutze es als Legitimation, auch als Laie verrückte Ideen formulieren zu dürfen! 🙂

    In diesem Kontext fallen mir auch noch die “eingerollten Dimensionen” in einem N- (oder waren es elf?)-dimensionalen Universum ein. Ich weiß nicht, ob diese – auch irgendwann mal durch die Presse gegeisterten – zusätzlichen Dimensionen in diesem Kontext (=nicht ins Standardmodell passende Effekte) eine Rolle spielen. Oder waren das nur Spekulationen irrelevanter Mindermeinungen?

    Vermutlich wirken meine Überlegungen für Sie umgemein naiv, doch denke ich, ein “Science-Blog” ist ein Medium, dass sich auch an “ganz normale Menschen” wendet. Also frag’ ich eben so nach, wie mir die Fragen kommen!

    Es interessiert mich immer schon sehr, WO wir eigentlich sind.

  5. @ClaudiaBerlin

    Ich kann Ihnen dazu nur meine sehr persönliche Meinung sagen, es gibt weit kompetentere Ansprechpartner für die Frage, wie sich die beobachteten Asymmetrien nun erklären lassen (nebenan bei Einsteins Kosmos sitzt einer ;-).

    Zunächst: wenn wir ein “anderes” Universum (was immer das sein soll) beobachten können, sei es durch irgendwelche Features im CMB, dann ist es kein anderes Universum sondern ein bis dato unbekannter Teil unseres Universums. Ein wirkliches “Paralleluniversum” (was immer das sein soll) können wir per definitionem nicht beobachten, sonst wäre es nicht “parallel”. Es macht meiner bescheidenen Meinung nach damit auch keinen Sinn, darüber nachzudenken, denn man kann sich ja dann alles und nichts darunter vorstellen.

    Meiner ebenfalls sehr bescheidenen Meinung nach werden sich die im Text beschriebenen Asymmetrien auf eine andere, weit unspektakulärere Weise erklären lassen. Das gleiche denke ich auch zur Frage nach der von einigen sehr betonten angeblichen Diskrepanz der Hubblekonstante zu anderen Messungen. Das wird sich auflösen. Vielleicht auf ganz simple Weise, vielleicht stackt auch etwas mehr dahinter.
    Ich bin aber, wie gesagt, kein Maßstab, das ist mehr so mein Gefühl bei der Sache.

    Was ihre Überlegungen angeht: sie sind keineswegs naiv, und schon gar nicht abgefahren, sonden sehr legitim. Schauen Sie mal in den Kommentarspalten älterer Blogbeiträge nach, da finden Sie manchmal wahrhaft “seltsame” Überlegungen…

  6. @Jan Hattenbach @ClaudiaBerlin

    “Unter der Annahme, dass das Universum vor 13,8 Milliarden Jahren im Urknall begonnen hat und sich seither ausdehnt, kann es nicht unendlich groß sein.” Und was, wenn es vorher schon unendlich groß war und jeder Punkt des damaligen Universums sich seither ausgedehnt hat? Wie sollen wir das unterscheiden können?

  7. Unendlich oder nicht?

    Danke Jan! Da ich das Ganze spannend finde, hab’ ich noch andere Artikel hier im Blog gelesen und fand den am selben Tag erschienen Beitrag von Andreas Müller zu Planck. Dabei fand ich einen seltsame Widerspruch in Ihren beiden Statements zum Standardmodell und der Frage nach der Endlichkeit/Unendlichkeit.

    Sie schrieben in Ihrer Antwort an mich, warum das Universum im Standardmodell als ENDLICH beschrieben wird.

    Bei Andreas Müller klingt das Gegenteil an, wenn er im Absatz “Unendliches Universum?” schreibt:

    “und es gibt keinen Grund nicht so wie bislang im Standardmodell der Kosmologie von einem unendlichen, sozusagen einfach gestrickten Universum auszugehen.”

    Mich irritiert das. Es kann doch nicht BEIDES im Standardmodell sein!

    ???

    Danke übrigens für Ihre Geduld! 🙂

  8. @ClaudiaBerlin, @Jan

    Hallo zusammen

    Die gleiche Frage stellte sich drüben in meinem Blog. Ich kopiere mal, was ich dort schrieb, wenn’s recht ist:

    Das Universum kann durchaus unendlich sein, obwohl es vor endlicher Zeit im Urknall begann. Diese Möglichkeit bieten in der Standardtheorie die Friedmann-Universen für verschwindende Krümmung, k = 0. Ein flaches Universum mit k = 0 wird aktuell auf der Basis der Beobachtungsdaten favorisiert.

    Unklar ist dabei aber, ob das Universum endlich oder unendlich ist. Das ist eine Frage der Topologie, die nicht in den Einstein-Gleichung bzw. Friedmann-Gleichung drin steckt. Dazu möchte ich den Eintrag “Topologie” in meinem Web-Lexikon empfehlen.

    Wie man sich das anschaulich vorzustellen hat, ist natürlich schwierig. Die beste Analogie ist, dass das unendliche, flache Universum wie eine unendlich große, flache Ebene aussieht – ohne Begrenzung an den Rändern. Dieses Gebilde hätte sich im Urknall in der Inflationsära gebildet. Egal welche Krümmung es vor der Inflation gehabt hätte: Die inflationäre Ausdehnung hätte es platt gebügelt wie eine Tischplatte. Auf diese Art erklärt die Inflation elegant die beobachtete Flachheit des Universums.

    Die Ebene ist flach und hat eine unendliche Fläche, unendlich ausgedehnt in beiden Raumdimensionen. Demgegenüber ist eine andere Topologie wie der Zylinder nur noch in einer Raumrichtung unendlich, nämlich entlang der Zylinderachse, aber in der 2. Raumrichtung, nämlich entlang der Mantellinie, endlich! Eine schlauchartige Fläche wie der Torus ist in beiden Richtungen – entlang seiner Mantellinie und entlang seiner inneren Kreislinie – endlich und in sich geschlossen.

    Übrigens sind die Universen mit positiver Krümmung (k = 1) und negativer Krümmung (k = -1) nicht ganz ausgeschlossen. Es gibt immer einen Messfehler, so dass die Krümmung nicht unbedingt null sein muss. Bei positiver Krümmung ist das Universum geschlossen und endlich. Das Analogon, um sich das vorzustellen, wäre eine Kugelfläche. Bei negativer und verschwindender Krümmung kann (b) das Universum unendlich sein, muss aber nicht. Das hängt eben von der Topologie ab. Das Analogon zu einem Universum negativer Krümmung ist eine Sattelfläche, diese ist aber nicht isotrop (siehe auch Expertenfrage im Heft “Sterne und Weltraum”, 3/2013, S.10)!

    War der Zustand des Universums schon im Urknall unendlich? Darüber lässt sich nichts sagen bzw. könnten man das sowohl bejahen, als auch verneinen. Denn in der Urknallsingularität bei R = 0 bricht die Standardtheorie (Allgemeine Relativitätstheorie, ART) in sich zusammen. Beantworten könnten das nur Theorien, die über Einsteins ART hinausgehen. Spekulative Antworten liefern darauf Hawkings Quantenkosmologie (Vorläuferuniversum mit umgekehrter Zeitrichtung), das Ekpyotische Modell (ein stringtheoretisches Branenmodell, in dem unser Universum mit einem Paralleluniversum “zusammenklatschen”) oder die Loop-Quantenkosmologie (es gab keine Singularität, sondern unser Universum entwickelte sich aus einem Vorläuferuniversum im “Urschwung”).

    Beste Grüße,
    Andreas

  9. In diesem Kontext fallen mir auch noch die “eingerollten Dimensionen” in einem N- (oder waren es elf?)-dimensionalen Universum ein.

    Dieses 11-dimensionale Gebilde, wovon 7 Dimensionen eingerollt sind, hat irgendwas mit der (Super-)Stringtheorie zu tun, die aber nicht zum Standardmodell gehört. Genaueres weis ich dazu aber auch nicht, – habe diese Information auch nur aus einem mehr oder weniger populärwissenschaftlichem Buch über die Stringtheorie, das ich vor Jahren mal gelesen habe.

  10. @Andreas, “endlich” und “grenzenlos”

    Wäre es denn richtig, zu sagen, dass das Universum “endlich” in dem Sinne ist, dass es eine begrenzte Anzahl von Galaxien (Sternen, Atomen) gibt, und dass es demzufolge auch nur eine endliche Anzahl von “Orten” im Universum gibt (die sich infolge der Expansion stetig voneinander entfernen)? Das Universum hätte demzufolge keinen “Rand”, wäre also grenzenlos, aber durchaus “endlich” in dem oben beschriebenen Sinne.

  11. @Jan

    Okay, ich verstehe, was Du meinst.

    Die Anzahl der Galaxien wäre ja nicht notwendig begrenzt. Die Aussage, die wir immer hören und lesen, von 100 Milliarden Sternen in 100 Milliarden Galaxien und demzufolge 1022 Sternen im Kosmos, bezieht sich auf das für uns sichtbare
    Universum
    . Denn es gibt ja einen Beobachtungshorizont. Jenseits dieses Horizonts können sich im Prinzip unendliche viele Sterne und Galaxien befinden. Demnach kann die Zahl der Galaxien genauso gut unendlich sein.

    Um sich das anschaulich zu machen, habe am besten die unendlich ausgedehnte Ebene vor Augen, die mit unendlich vielen Sternen und Galaxien angefüllt ist. Davon überblicken, können wir aber nur einen Teil innerhalb eines “Kreises” – unserem Beobachtungshorizont – in dieser Ebene.

    Ist das Universum jedoch nicht eine solche unendlich ausgedehnte Ebene, sondern durch eine kompliziertere Topologie endlich (aber mit Krümmung null), dann gäbe es auch nur endlich viele Sterne und Galaxien. (Bei k = +1 wäre das Universum unabhängig von der Topologie endlich und geschlossen und hätte sowieso endlich viele Sterne und Galaxien.)

    Beste Grüße,
    Andreas

  12. @all

    Ich hab ja so ein bischen die Befürchtung, dass die Menschheit bald an eine experementelle Grenze kommt, ab der es keine Experemente mehr für theoretisch überprüfbare Aussagen gibt. Nicht weil die Technik nicht weit genug fortgeschritten ist sondern, weil es die Physik einfach nicht zulässt. Sprich: Physikalische Gesetze machen es unmögliche naturhistorische/physikalische Hypothesen zu testen.

  13. @ Claudia
    Was du in diesen beiden Beitraägen:
    ClaudiaBerlin 21. März 2013 17:20
    ClaudiaBerlin 22. März 2013 13:30
    an Überlegungen anstellst, finde ich stark und bin mit ihnen und ähnlichen zumindest sehr vertraut.

    @ Jan
    Großen Dank für die Infos aus dem Artikel.

    Viele Grüße
    Lisa

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