Das Universum als Physiklabor

Unsere kosmischen Ursprünge untersuchen Astronomen anhand der Strahlung, die Sterne und Galaxien seit dem Urknall ausgesandt haben. Noch entziehen sich 96 Prozent des Universums der Beobachtung, weil sie aus unsichtbaren Formen von Materie und Energie bestehen. Neuartige Teleskope und Gravitationswellendetektoren werden diese Rätsel lösen helfen.

Das Universum sprengt all unsere Maßstäbe. Die Entfernungen zu entlegenen Galaxien sind ebenso unvorstellbar wie die extrem energiereichen Prozesse, die Sterne explodieren lassen, ganze Galaxien verschmelzen oder sogar Schwarze Löcher hervorbringen. Was ist der Ursprung des Universums? Wo ist sein »Rand« – und was liegt dahinter? Und welches Schicksal steht ihm bevor?

Jahrtausendelang konnten Astronomen den Himmel nur mit bloßem Auge betrachten. Doch vor zirka 400 Jahren setzte Galileo Galilei erstmals ein Teleskop ein. Die Folgen sind bekannt: Bald wurde das geozentrische Weltbild durch ein neues Verständnis des Kosmos abgelöst. Heute untersuchen Astronomen den Himmel auf allen Frequenzen. Ob Gamma-, Röntgen-, Infrarot- oder Radiostrahlung: Stets handelt es sich, wie beim Licht, um elektromagnetische Wellen. Lediglich die Frequenz ist unterschiedlich – und damit die Energie.

Heute können wir beispielsweise kurzwellige Gammastrahlung aus den Zentren ferner Galaxien messen oder langwellige Mikrowellenstrahlung, die ausgesandt wurde, als sich die ersten Atome bildeten – nur 300.000 Jahre nach dem Urknall¹. Faszi­nierenderweise erlauben solche Beobachtungen auch Blicke in die Vergangenheit. Denn das Licht, das uns heute erreicht, ging häufig schon vor Milliarden von Jahren auf seine lange Reise².

Mittlerweile wissen wir, wie das Universum entstand, und wir vermuten, wie es sich weiterentwickelt. Doch es tauchten immer wieder neue Fragen auf. Zu den erstaunlichsten Erkenntnissen der letzten Jahre gehört, dass die ganz gewöhnliche Materie, aus der wir und auch die Sterne am Himmel bestehen, nur vier Prozent des Universums ausmacht³. Der riesige Rest besteht aus unsichtbarer »Dunkler Materie«, die sich nur durch ihre Schwerkraft bemerkbar macht, und aus der völlig rätselhaften »Dunklen Energie«, die dafür sorgt, dass sich das Universum immer schneller ausdehnt⁴. Mit Messinstrumenten wie etwa dem Röntgenteleskop eROSITA möchte man diesen Phänomenen zu Leibe rücken.