Physik-Nobelpreis: Exoplaneten-Entdecker und Pionier der Kosmologie - wissenschaft.de
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Astronomie+Physik

Physik-Nobelpreis: Exoplaneten-Entdecker und Pionier der Kosmologie

Physiknobelpreis
Illustration des Exoplaneten 51 Pegasi b und Karte der Kosmischen Hintergrundstrahlung (Bilder: ESA/ M.Kornmesser, NASA/ WMAP Science Team)

Der Nobelpreis für Physik 2019 geht an drei „himmlische“ Forscher: Ausgezeichnet wird zum einen James Peebles, einer der Begründer der physikalischen Kosmologie. Er erkannte als einer der ersten, welche Informationen sich in der Kosmischen Hintergrundstrahlung verbergen – und was sie über die Zusammensetzung des Kosmos verraten. Die zweite Hälfte des Nobelpreises geht an Michel Mayor und Didier Queloz, die im Jahr 1995 den ersten extrasolaren Planeten entdeckten – den 50 Lichtjahre von uns entfernten Gasriesen 51 Pegasi b.

Wie entstanden nach dem Urknall die ersten Strukturen im Kosmos? Und wie ist unser Universum strukturiert und zusammengesetzt? Bis Anfang der 1960er Jahre hinein gab es auf diese Fragen kaum eine Antwort. Erst die Entdeckung der kosmischen Hintergrundstrahlung änderte dies. Denn dieses schwache, in den Mikrowellenbereich verschobene Leuchten ist das Relikt der Strahlung, die rund 380.000 Jahre nach dem Urknall bei der Bildung der ersten Atome frei wurde. Damit ist dieser Mikrowellen-Hintergrund ein Zeuge der frühesten Vorgänge in unserem Universum – wenn man seine Botschaften lesen kann.

Die Entschlüsselung der kosmischen Hintergrundstrahlung

An diesem Punkt setzt die Forschung des diesjährigen Nobelpreisträgers James Peebles von der Princeton University an. Der in Kanada geborenen Astrophysiker gehörte zu den ersten Forschern die erkannten, dass sich in der kosmischen Hintergrundstrahlung wertvolle Informationen über die Zusammensetzung des Kosmos verbergen. Peebles entwickelte die physikalische Basis für die Interpretation der subtilen Schwankungen in der Intensität und Spektralverteilung dieser kosmischen „Strahlentapete“. Bereits Ende der 1960er Jahre erkannte Peebles, dass das Muster der Hintergrundstrahlung unter anderem den Anteil der Dunklen Materie im Kosmos verrät. Die Dunkle Materie wiederum, so begriff er, spielt eine entscheidende Rolle für die Bildung der Materiestrukturen im Weltall. Der Forscher entwickelte auf dieser Basis die Grundlagen für das Modell der kalten, Dunklen Materie (Cold Dark Matter) – der Basis des heutigen kosmologischen Weltbilds.

1984 veröffentliche Peebles eine weitere bahnbrechende Erkenntnis: Um die Ausdehnung des Universums und sein Verhalten korrekt zu beschreiben, führte er die kosmologische Konstante von Albert Einstein wieder ein. Jahrzehnte als überflüssig verworfen, erkannte Peebles, dass diese Konstante benötigt wird, um die Flachheit und Ausdehnung des Kosmos mit den Gleichungen zu vereinbaren. Heute ist die Hubble-Konstante einer der Kernparameter bei der Beschreibung des Universums. Zusammen trugen die Werke des Astrophysikers so dazu bei, unser heutiges kosmologisches Weltbild entscheidend zu prägen. Dafür erhält James Peebles nun den Nobelpreis für Physik 2019.

Der erste Planet jenseits des Sonnensystems

Michel Mayor und Didier Queloz von der Universität Genf haben ebenfalls unsere Sicht des Kosmos verändert – wenn auch auf andere Weise. Denn die beiden Astronomen haben den ersten Planeten außerhalb unseres Sonnensystems entdeckt. Dies gelang mithilfe eines neu entwickelten Spektrographen, der winzige, periodische Verschiebungen im Lichtspektrum von Sternen sichtbar machen konnte. Solche Verschiebungen entstehen, wenn die Schwerkraft eines Planeten im Orbit auf den Stern wirkt. Der Stern gerät dadurch leicht ins Taumeln und sein Licht spiegelt dies wider. In unserem Sonnensystem führt beispielsweise die Schwerkraftwirkung des Jupiter dazu, dass die Sonne mit rund zwölf Metern pro Sekunde um das Massenzentrum des Sonnensystems „eiert“.

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Im Oktober 1995 verkündeten Mayor und Queloz auf einer Konferenz, dass sie ein solches Taumeln auch bei einem rund 50 Lichtjahre entfernten Stern entdeckt hatten. Ihren Berechnungen zufolge musste es daher im Orbit um 51 Pegasi einen schweren Planeten geben. Damit hatten die beiden Astronomen den ersten extrasolaren Planeten entdeckt. Es handelt sich um einen heißen Jupiter, einen Gasriesen, der seinen Stern in nur vier Tagen einmal umkreist. Wegen dieser großen Nähe zu Stern herrschen auf der Oberfläche des Exoplaneten Temperaturen von mehr als tausend Grad. Die Entdeckung von Mayor und Queloz eröffnete eine ganz neue Ära der Astronomie – und ebnete den Weg für unzählige weitere Exoplanetenfunde. Inzwischen kennen Astronomen mehr als 4.000 solcher Planeten um fremde Sterne – und fast täglich werden es mehr.

Quelle: Nobelprize.org

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