Frühes Universum rückt in den Fokus
Die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung ist in Hinsicht auf die Vergangenheit des Universums eine einzigartige Informationsquelle. Das Spektrum dieser Hinterlassenschaft aus Licht, das ungefähr 380 000 Jahre nach dem Urknall emittiert wurde, deutet auf ein eher langweiliges Universum hin, da es keine Hinweise auf Lichtfreiheitsgrade jenseits des Standardmodells oder auf Neutrinomassen gibt, die größer als erwartet sind. Anhand der Planck-Beobachtungen konnte jedoch der Parameterraum der "Inflation" eingeengt werden, einer beschleunigte Expansion, die das Universum durchlief, als es nur einen winzigen Bruchteil einer Sekunde alt war. Auch sind nun die Wissenschaftler der Auswahl einer kleinen Klasse aus den vielen vorgeschlagenen Inflationsmodellen näher als je zuvor. Die an dem von der EU finanzierten Projekt NGSKY (Non-Gaussianity in the sky) arbeitenden Forscher konzentrierten sich auf das erste Modell der Inflation, das Alexei Starobinski in den 1980er Jahren vorgeschlagen hatte. Dieses theoretische Modell, das auf einer konformen Anomalie in der Quantenschwerkraft aufbaut, wird bei den Planck-Beobachtungen des ersten Jahres favorisiert. Das Starobinsky-Modell entspricht einer Theorie der Standardgravitation, gekoppelt an einen sich ausbreitenden realen skalaren Freiheitsgrad, der zum Antrieb der Inflation geeignet ist. Die Wissenschaftler haben dieses stärker gekrümmte Gravitationsmodell in die fundamentale Theorie der Supergravitation eingebettet. Die Supergravitation, etwa die geringe Energiegrenze der Superstringtheorie, bot hier die passende Versuchsanordnung zur Einordnung der kosmischen Inflation. Die Wissenschaftler wendeten die linearisierte Theorie an, da sie zur Analyse des Feldspektrums ausreichte. Ihre Erkenntnisse lassen darauf schließen, dass die Hilfsfelder der Einstein-Theorie zusätzliche Freiheitsgrade ergeben. Es gibt jedoch auch die sogenannten Higgs-Inflationsmodelle, die sich in Übereinstimmung mit den Planck-Beobachtungen befinden. Diese ergeben die gleichen Vorhersagen wie das Starobinsky-Modell. Im Rahmen von NGSKY führten die Wissenschaftler vor, dass es einen einfachen Grund für diese Übereinstimmung gibt. Offenbar verkörpern all diese verschiedenen Modelle im Wesentlichen das Starobinsky-Modell während der Inflation. Diese Forschungsrichtung führte zur Aufstellung der Konsistenzrelationen für die großmaßstäbliche Struktur des Universums als Folge der entsprechenden Konsistenzrelationen für die Inflation. Diese Relationen sind nichts anderes als Signaturen der für die kosmologischen Umgebungen relevanten zugrundeliegenden Symmetrien. Anhand der Symmetrien der kosmologischen Magnetohydrodynamik verschafften sich die Wissenschaftler wertvolle Einblicke in das Zusammenspiel zwischen den großen Strukturen des Universums, den beobachteten Magnetfeldern und deren Ursprung. Die Symmetrien wurden übernommen, um mehr über die Verbindungen zwischen Magnetfeld, dunkler Materie und Baryonen zu erfahren. Die vielen bedeutenden Erkenntnisse von NGSKY sind der wissenschaftlichen Gemeinschaft mit Hilfe mehrerer Veröffentlichungen in einflussreichen, von Experten begutachteten Zeitschriften nahegebracht worden. Die Resultate des NGSKY-Projekts legen den Grundstein für neue Verbindungen, die zwischen der Physik der Elementarteilchen und der Kosmologie, der Physik der sehr großen Strukturen im Universum, hergestellt werden müssen.
Schlüsselbegriffe
frühes Universum, Planck-Mission, kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung, NGSKY, Kosmologie
