Rezept für die Ursuppe verfeinert
Kosmische Hintergrundstrahlung (CMB) liefert Passfoto des frühen Universums
Gibt es eine fünfte Grundkraft? Welche Rolle spielte "dunkle Energie" beim Big Bang? Die kosmologischen Modelle lassen sich mithilfe der Messergebnisse des WMAP-Satelliten testen (Anisotropie der Hintergrundstrahlung). Neue Berechnungen legen nahe, dass die Dunkle Energie zur Entwicklung des frühen Universums nur sehr wenig beigetragen haben kann.
Seit 1998 haben die Kosmologen ein Problem: Anstatt seine Expansion unter dem Einfluss der eigenen Schwerkraft zu verlangsamen, wächst das Universum seit einigen Milliarden Jahren immer schneller - das legten Beobachtungen von sehr weit entfernten Supernovae nahe. Zusätzlich zu den bekannten vier Grundkräften Gravitation, Elektromagnetismus, Schwache Kernkraft, starke Kernkraft wird deswegen eine fünfte, abstoßende Kraft (die Quintessenz) postuliert, die der Gravitation entgegen wirken soll - eine Möglichkeit, die bereits Einstein als "kosmologische Konstante" in seiner Theorie des expandierenden Universums vorhergesagt hatte. Die Feldenergie der fünften Kraft ist die sogenannte "dunkle Energie" (vgl. Das Universum ist voller dunkler Energie).
Der Königsweg zu Aussagen über die ersten Sekunden und Minuten nach dem Big Bang ist das Bestimmen der Häufigkeiten der allerersten Atomkerne, die bei der Abkühlung des Milliarden Grad heißen, superdichten frühen Universums entstanden, in der Big Bang Nucleosynthesis (BBN)
Die zunächst freien Baryonen (Protonen und Neutronen) der Ursuppe verbanden sich vor allem zu Helium-4 (Kern mit 2 Protonen, 2 Neutronen) aber auch zu Helium-3 (2P, 1N), Deuterium (1P, 1N) und Lithium (3P, 3N). Den größten Teil der Materie machte allerdings der Wasserstoff (1P) aus. Die Astrophysiker haben leider den "Fluch der späten Geburt": Sie sind darauf angewiesen, die Elementhäufigkeiten heute zu bestimmen und müssen hoffen, seit dem Urknall unveränderte Materie zu finden bzw. die Veränderungen nachvollziehen und herausrechnen zu können. Trotz dieser Einschränkung ist das Modell der BBN konsistent und gut bestätigt (76% Wasserstoff, 24% Helium-4, die anderen Elemente bzw. Isotope in Spuren).
Seit Februar 2003 öffnet sich ein neuer Zugang: die Messung der Anisotropie der kosmischen Hintergrundstrahlung (CMB) durch die WMAP-Sonde der NASA. Die CMB ist eine Schwarzkörperstrahlung (heute bei T = 2,73 Kelvin) und gibt direkte Auskunft über Dichte, Temperatur und Homogenität des Universums 380.000 Jahre nach dem Urknall, als sich Atomkerne und Elektronen zu neutralen Atomen verbanden. WMAP fand kleinste Schwankungen der Strahlungstemperatur mit einer Genauigkeit von 1 Millionstel Kelvin. Die Verhältnisse in den ersten Minuten, der Zeit der BBN, lassen sich daraus ableiten. Die Voraussagen über die Elementhäufigkeit, die so gewonnen wurden, stimmen mit den früheren Beobachtungen überein und sind wesentlich genauer.
An der Universität von Illinois hat nun der Astrophysiker Brian D. Fields die Konsequenzen für die Dunkle Energie gezogen:
So sehr sie auch heute dominieren mag, so kann Dunkle Energie während der ersten Sekunden und Minuten nur einen sehr kleinen Anteil der Gesamtenergie des Kosmos dargestellt haben.
Die Abschätzung ergibt sich aus der Tatsache, dass das Vorhandensein von Dunkler Energie die BBN beeinflusst und zur Bildung von mehr leichten Elementen geführt hätte. Kosmologen, die die Dunkle Energie retten wollen, werden einen Weg finden müssen, diesen Einfluss "auszuschalten" - oder vielleicht doch die Quintessenz-Theorie abändern?