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Allgemein

Das Licht der ersten Sterne

Die Entdeckung des kosmischen Infrarothintergrunds ist ein weiterer Triumph für die Urknalltheorie.

1989 hatte die amerikanische Weltraumbehörde NASA den „Cosmic Background Explorer“ (COBE) gestartet, um die Frühzeit unseres Universums zu erkunden. Nach achtjähriger Analyse ist es nun gelungen, aus den vom Satelliten aufgenommenen Daten den Fossilabdruck längst vergangener Sterne aufzuspüren.

Seit dem Urknall vor über zwölf Milliarden Jahren entstanden unzählige Sterne aus dem Urgas, leuchteten und erloschen wieder. Das Restlicht all dieser Sonnen flutet noch heute durch den Raum. Deshalb vermuten Astronomen schon lange, daß das ganze Weltall von einer gleichmäßigen langwelligen Strahlung erfüllt ist, einem Infrarothintergrund.

Um ihn aufzuspüren, hatte eine Forschergruppe unter der Leitung von Michael Hauser, heute am Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland, eigens ein Instrument für COBE entwickelt, das „Diffuse Infrared Background Experiment“. Zwischen Dezember 1989 und September 1990 tastete es immer wieder den gesamten Himmel simultan in zehn Wellenlängen zwischen 1 und 240 Mikrometer (tausendstel Millimeter) ab.

Die Schwierigkeit der Datenanalyse bestand darin, daß der Infrarothintergrund von zahlreichen Störquellen maskiert wird: Wärmestrahlung vom Staub im Sonnensystem und zwischen den Sternen der Milchstraße, von der Erdatmosphäre und den Meßgeräten selbst. Die beiden letzten Störquellen waren ausgeschaltet, weil COBE außerhalb der irdischen Lufthülle kreiste und seine Instrumente mit flüssigem Helium fast auf den absoluten Nullpunkt tiefgekühlt wurden. Es blieb jedoch das Problem, die planetarischen und galaktischen Infrarotquellen im Vordergrund aus den Daten zu eliminieren. Diese Aufgabe ist vergleichbar mit dem Versuch, das leise Summen einer Klimaanlage in einem Kaufhaus aus dem wilden Durcheinander von Schritten, Gesprächen, Musik und anderen Geräuschen herauszuhören.

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Den Staub zwischen den Planeten konnten die amerikanischen Wissenschaftler dadurch identifizieren, daß die Intensität seiner Wärmestrahlung je nach Betrachtungswinkel schwankt – also mit dem Umlauf der Erde um die Sonne. Das Infrarotlicht der Sterne subtrahierten sie mit Hilfe von Sternzählungen und -katalogen. Die Verteilung des galaktischen Staubes hatten sie mit Radioteleskopen auf der Erde kartiert und dann mit großem Aufwand ebenfalls aus COBEs Datensatz entfernt.

Übrig blieb schließlich ein gleichförmig verteiltes Infrarotleuchten bei einer Wellenlänge von 140 und 240 Mikrometer. Ein anderes Forscherteam gelangte bei der Analyse der COBE-Daten unabhängig von Hausers Gruppe zum gleichen Resultat.

Danach ist bisher rund die Hälfte des Sternenlichts im Weltall übersehen worden. Dafür gibt es mehrere Gründe: Viele Sterne sind sehr weit entfernt. Sehr wahrscheinlich hat früher eine Sterngeneration existiert, die heute nicht mehr direkt beobachtbar ist. Kosmische Staubwolken verdecken viele Sterne, so daß kein sichtbares Leuchten bis zur Erde gelangt. Der Staub wird durch die Sterne aber aufgeheizt und ist die Hauptquelle des Infrarothintergrunds.

Im Unterschied zu der kosmischen Hintergrundstrahlung – dem elektromagnetischen Nachhall des Urknalls – liefert der Infrarothintergrund Einblicke in die Phase der Galaxienbildung. Was in dieser Epoche einige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall geschah, zählt zu den größten Rätseln der Astrophysik.

Rüdiger Vaas

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