Nobelpreis: Der Platz des Menschen im Universum

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Was haben Jim Peebles, Michel Mayor und Didier Queloz je für uns getan? Sie haben die Frühzeit des Universums untersucht und fremde Welten entdeckt. Golem.de erklärt, wofür ihnen der Physik-Nobelpreis 2019 verliehen wird.

Artikel
von
Frank Wunderlich-Pfeiffer veröffentlicht am
8. Oktober 2019, 16:20 Uhr

James Peebles, Michel Mayor, Didier Queloz
(Bild: Ill. Niklas Elmedhed, Nobel Media.)

Der Nobelpreis für Physik geht in diesem Jahr zur Hälfte an den kanadischen Kosmologen Jim Peebles für seine Arbeit zur Entstehung der ersten Elemente im Universum und seine Berechnungen zu den Variationen der Hintergrundstrahlung des Universums im Mikrowellenbereich. Zur Hälfte geht er an die Astronomen Michel Mayor und Didier Queloz der Universität Genf für die Entdeckung des ersten Exoplaneten um den Stern 51 Pegasi im Sternbild Pegasus.

Inhalt:

  1. Nobelpreis: Der Platz des Menschen im Universum
  2. Flecken in der Hintergrundstrahlung zeigen die Frühzeit des Universums
  3. Schon der erste Exoplanet verwirft die Theorie der Planetenentstehung

Das Nobelpreiskomitee begründete die Auswahl der gänzlich unterschiedlichen Felder damit, dass die Preisträger große Beiträge für das Verständnis des Universums und den Platz des Menschen darin geleistet hätten und gibt eine detaillierte Beschreibung von deren Entdeckungen.

Jim Peebles gehörte 1965 zu den Wissenschaftlern, die sich mit der kosmischen Hintergrundstrahlung auseinandersetzten. Er erklärte die kosmologischen Zusammenhänge dieser Hintergrundstrahlung aus der reinen Theorie heraus. Aber noch im gleichen Jahr wurde die damals unerwartete Messung einer Hintergrundstrahlung bekanntgegeben. Für diese Messung wurden Arnold Penzias und Robert Wilson bereits 1978 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.

Dunkle Materie gab es schon am Anfang des Universums

Die kosmische Hintergrundstrahlung wurde theoretisch vorhergesagt, nachdem die Messungen von Edwin Hubble darauf hindeuteten, dass das Universum in alle Richtungen des Raumes expandiert und folglich früher sehr klein gewesen sein könnte. In dem Fall müsste alle Materie des Universums zunächst stark konzentriert gewesen und von Gravitation zusammengehalten worden sein. Wie in einem Stern kommt es zur Kernfusion, bei der starke Wärmestrahlung entsteht. Diese Strahlung übt gleichzeitig einen Strahlungsdruck aus, der gegen die Gravitation wirkt und die Materie auseinandertreibt.

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Diese Strahlung musste demnach damals das gesamte, noch sehr kleine Universum erfüllen und heute als Hintergrundstrahlung messbar sein. Aus diesen Messungen lassen sich verschiedene Schlussfolgerungen über die damaligen Bedingungen ziehen. Umso mehr Masse damals vorhanden war, desto stärker war auch die Gravitation. Stärkere Gravitation bedeutet aber, dass es länger dauert, bis die Materie auseinandergetrieben wird und mehr Kernfusion stattfindet. Aus dem Verhältnis vom damals noch vorhandenen Wasserstoff zum erzeugten Helium lässt sich auf die Menge der zu diesem Zeitpunkt vorhandenen Materie im Universum schließen.

Bis heute gibt es Gaswolken, die noch aus diesem “primordialen” Gemisch von Wasserstoff, Helium und einigen schwereren Atomen bestehen. Es ist überall im sichtbaren Universum identisch. Aus den Berechnungen stellte sich aber auch heraus, dass nur ein Teil der Materie damals vom Lichtdruck beeinflusst wurde. Der Rest blieb davon unbeeinflusst und wurde erst später von der Gravitation der auseinandergetriebenen Gasmassen mitgerissen.

Woraus diese Materie besteht, ist bis heute unklar. Da sie nicht von Licht beeinflusst wird, kann sie auch nicht direkt von Licht, Radiowellen oder Gammastrahlung gemessen werden. Weil sie nicht mit Licht interagiert, wird sie auch dunkle Materie genannt. Es gibt davon im Universum etwa fünfmal so viel wie sichtbare Materie.