Flecken in der Hintergrundstrahlung zeigen die Frühzeit des Universums

Der andere Beitrag von Peebles zum Verständnis des Universums waren Berechnungen zu den Variationen der Hintergrundstrahlung am Himmel. Diese Variationen mussten in der Frühzeit des Universums bei der Kernfusion entstanden sein, aus der Wechselwirkung zwischen Strahlungsdruck und Gravitation. Wo immer durch Zufall eine etwas größere Dichte vorlag, gab es mehr Kernfusion, höhere Temperaturen und stärkere Strahlung mit kürzerer Wellenlänge.

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Solange der Strahlungsdruck die Kräfte in dem Gas des frühen Universums dominierte, wurden solche Variationen wieder ausgeglichen. Aber in einem ständig expandierenden Universum nimmt die Kraft des Strahlungsdrucks schneller ab als die Gravitationskraft. Wenn in einer Gegend eine höhere Dichte und mehr Kernfusion vorliegen, wird sie durch den Strahlungsdruck stärker auseinandergetrieben. Für diese Vorgänge bleibt aber nur wenig Zeit, bis das Gas insgesamt so weit auseinandergetrieben ist, dass keine Kernfusion mehr stattfindet.

Satellitenbeobachtungen bestätigen die Theorie

Peebles berechnete, wie stark sich diese Variationen im Strahlungsdruck auf die Bewegungen des Gases auswirken konnten und welche Rückwirkung umgekehrt die Gravitation des so in Bewegung gesetzten Gases haben musste. Die setzten sich ähnlich wie Schallwellen fort. Gegenden mit größerer Dichte und mehr Kernfusion strahlten dabei heller und mit kürzeren Wellenlängen. Durch die begrenzte Zeit, in der Kernfusion überhaupt noch in der ganzen Wolke stattfinden konnte, konnten die so entstandenen Strukturen aber nur eine bestimmte Größe erreichen.

Die Größe der Strukturen hängt von den genauen physikalischen Parametern des Gases in der damaligen Wolke ab, darunter auch das Verhältnis von sichtbarer zu dunkler Materie. Die Beobachtung dieser Variationen gelang erstmals 1992 mit dem Satelliten Cobe, sie wurde 2006 mit dem Nobelpreis für John Mather und George Smoot ausgezeichnet. Die Auszeichnung der theoretischen Vorarbeit für diese Entdeckungen dauerte 13 Jahre länger.

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Als Peebles seine theoretische Arbeit begann, schien die Möglichkeit einer praktischen Beobachtung seiner Arbeit noch weit entfernt. Das Gleiche galt für die Beobachtung von Planeten in fremden Sternensystemen, die dort theoretisch vorhanden sein müssten. Dafür gab es diesem Jahr die zweite Hälfte des Physiknobelpreises, denn in beiden Fällen gelang es durch geschickten Einsatz der vorhandenen Technik, die Beobachtung dennoch durchzuführen.

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