Ein rätselhaftes Signal aus den Tiefen des Raums

Im Jahr 1964 versuchten die beiden Astronomen Arno Penzias und Robert Woodrow Wilson, die Mikrowellenaktivität unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße, zu vermessen. Mikrowellen sind eine Form elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von Millimetern oder Zentimetern. Sie liegen damit im elektromagnetischen Spektrum zwischen dem Infrarotlicht, das auch als Wärmestrahlung bezeichnet wird, und den Radiowellen, die im Rundfunk Verwendung finden.

Aus dem Alltag sind Mikrowellen vor allem durch das gleichnamige Haushaltsgerät bekannt, in dem sie zur Erwärmung von Speisen dienen. Sie werden aber auch von astronomischen Objekten abgestrahlt und können mit Hilfe von Radioteleskopen beobachtet werden.

Für ihre Untersuchungen bedienten sich Penzias und Wilson einer Radioantenne in Holmdell, New Jersey, die ursprünglich für die Kommunikation mit künstlichen Satelliten konstruiert worden war. Beim Versuch, die Antenne zu eichen, bemerkten sie ein unerwartet hohes Maß an elektrischem Rauschen auf der beobachteten Wellenlänge von 7,3 cm.

Da das Signal unabhängig davon war, auf welchen Punkt am Himmel sie die Antenne ausrichteten, gingen sie zunächst von einem technischen Problem aus. Sie führten eine aufwendige Überprüfung des Apparates durch und mussten dabei unter anderem ein in der Antenne brütendes Taubenpaar mitsamt seinen Hinterlassenschaften entfernen, was der wohl meistzitierten Anekdote der Radioastronomie ihren Ursprung gegeben hat.

Doch trotz akribischer Untersuchungen konnten Penzias und Wilson keine technische Störung ausmachen und das mysteriöse Rauschen blieb unverändert. So wandten sie sich schließlich mit der Bitte um Rat an Forscherkollegen und veröffentlichten im Jahr 1965 ihre Beobachtung (PDF) in einer Fachzeitschrift, dem Astrophysical Journal.

Kosmische Wärmestrahlung

In derselben Ausgabe des Astrophysical Journal legten vier andere Physiker, Robert Dicke, Jim Peebles, Peter Roll und David Wilkinson, bereits eine theoretische Erklärung für das neu entdeckte Mikrowellensignal vor (PDF): Sie interpretierten es als den Rest einer Wärmestrahlung aus dem jungen Universum, die relativ kurz nach dem Urknall entstanden sei.

Wie sich im Laufe der Zeit erhärtete, lagen sie mit ihrer Theorie völlig richtig. Als Entdecker des Phänomens erhielten Penzias und Wilson für ihre Arbeit im Jahr 1978 den Physik-Nobelpreis.

Um zu verstehen, warum wir diese Strahlung heute aus allen Richtungen des Raumes empfangen können, müssen wir uns gedanklich zurück in die früheste Entwicklungsphase der Kosmos begeben. Unzählige Beobachtungen und experimentelle Messungen verbunden mit hervorragend bestätigten physikalischen Theorien haben dazu geführt, dass die Wissenschaft eine recht konkrete Vorstellung von den Vorgängen im jungen Universum hat.

Den Startpunkt all dessen, was wir heute beobachten können, bildet der sogenannte Urknall, der vor etwa 13,8 Milliarden Jahren stattgefunden hat. Er ist dadurch gekennzeichnet, dass ein unfassbar heißes und extrem verdichtetes Gemenge aus Elementarteilchen den gesamten Raum des Universums ausfüllt und sich dieser Raum blitzschnell ausweitet.