Das All ist voll von hell strahlenden Sternen und glühenden Gasmassen – diesen Eindruck mag man beim Betrachten spektakulärer Himmelsaufnahmen bekommen. Doch der Eindruck trügt. Tatsächlich ist das Universum vor allem eines: dunkel.

Eine Materiesorte, die niemand kennt

Die Astronomen wissen also, dass sie im All eigentlich fast nichts sehen – die meiste Materie ist der direkten Beobachtung entzogen. Doch es kommt noch schlimmer: Aus der durch viele Beobachtungen gut untermauerten Urknalltheorie folgt, dass von der anziehenden Materie nur etwa ein Viertel aus gewöhnlicher Materie besteht, aus der auch wir und alles um uns herum aufgebaut sind. Der Rest besteht aus einer anziehenden Materiesorte, die niemand kennt. Doch die Kosmologen gewinnen selbst dieser mysteriösen Materie viel Gutes ab. „Tatsächlich wird diese Materie einem sehr, sehr sympathisch, wenn man fragt, wie die Galaxien überhaupt im expandierenden Universum entstanden sind. Die Materie im Universum musste sich ja gegen die Expansion lokal zusammenklumpen, um Galaxien zu bilden. Das kann man heute im Computer nicht nachvollziehen ohne die Hilfe dieser Dunklen Materie“, so Tammann.

Inflationstheorie und Kausalitätsproblem

„Zudem können wir mit unseren Beobachtungen Theorien vom Aufbau der Welt bestätigen oder verwerfen. Die Daten passen sehr gut zur Inflationstheorie, nach der sich das Universum einen Sekundenbruchteil nach dem Urknall explosionsartig von nicht einmal atomarer Größe auf enorme Ausmaße ausgedehnt hat“, fährt Carlstrom fort. Danach ging die Expansion des Kosmos im „normalen“ Tempo weiter. Diese zunächst etwas skurril anmutende Theorie löst auf elegante Weise ein fundamentales Problem der Astronomie, erklärt Andreas Tammann: „Es gibt das sogenannte Kausalitätsproblem. Wenn Sie weit, weit nach Westen gucken und wenn Sie weit, weit nach Osten gucken in den Raum hinaus, dann sehen Sie dort Gebiete, die nie ein Signal austauschen konnten. Trotzdem beobachtet man da die gleichen Sterne, man misst da die gleichen Temperaturen und diese Gebiete haben offensichtlich Information gemeinsam. Das verstehen wir nicht, weil sie ja noch nie in Kontakt waren. Ich sage das jetzt vielleicht zu persönlich, aber das Gebiet im Westen kann nicht wissen, wie heiß das Gebiet im Osten war, weil noch nie ein Lichtstrahl von einem Ort zum anderen reisen konnte. Aber in der Inflationstheorie ist das furchtbar Schöne, dass das Universum vor der Inflation klein war. Diese beiden Gebiete im Westen und im Osten waren Nachbarn, und sie lagen innerhalb ihres Horizonts und konnten Lichtstrahlen austauschen.“

Was auch immer in der Frühphase des Kosmos in jenem heißen Urbrei passiert ist, ob und – wenn ja – wie die kosmische Inflation stattgefunden hat: Es hat sich als Fleckenmuster in der Drei-Kelvin-Mikrowellenstrahlung verewigt – wenn auch nur äußerst schwach, erklärt John Carlstroms Mitarbeiter Erik Leitch: „Wir suchen am Himmel nach Temperaturunterschieden von einigen hunderttausendstel Grad. Das ist unglaublich wenig. Die Beobachtungen sind nicht einfach. Allein der Erdboden ist fast 300 Grad heißer als die von uns beobachtete Strahlung. Doch unsere Mühe lohnt sich: Denn das Schöne an der Erforschung der Hintergrundstrahlung ist, dass wir dabei die grundlegendsten Fragen überhaupt stellen. Woraus besteht das Universum? Was wird aus unserem Kosmos? Und: Woher kommen wir?“

Für dieses ehrgeizige Projekt gilt: Weiter und kälter geht es nicht – und zwar gleich im doppelten Sinn. Zum einen blicken die Astronomen aus Chicago über 14 Milliarden Lichtjahre weit hinaus in den Kosmos – die extrem kalte Hintergrundstrahlung ist die Kulisse, vor der sich alles Sichtbare im Kosmos abspielt. Zum anderen haben sich die Forscher den wohl unwirtlichsten Ort auf der Erde für ihre Messungen ausgesucht: den Südpol. Dort steht in extremer Kälte und Trockenheit das DASI-Teleskop, das noch Flecken in der Hintergrundstrahlung zeigt, die am Himmel fünfmal kleiner als der Vollmond sind. Nie zuvor haben Forscher so präzise unsere kosmischen Anfänge untersucht.

Musik im Universum

Die etwas wärmeren beziehungsweise kälteren Flecken, also die Gegenden, in denen etwas mehr beziehungsweise etwas weniger Materie war, sind die Folge von Schallwellen, die durch das noch junge Weltall liefen. Aussehen und Größe der Flecken in der Hintergrundstrahlung verraten noch heute die „Musik der Schöpfung“, freut sich John Carlstrom: „Die große Neuigkeit ist, dass der Kosmos auch in Obertönen klingt. Das Gute an Obertönen ist, dass sie verraten, welches Instrument gespielt wird, ob das eine Gitarre oder eine Trompete ist. Genauso lernen wir mit den Obertönen viel über das junge Weltall. Den Grundton hatten bereits Kollegen vor einigen Jahren entdeckt. Aber erst diese beiden neuen Töne zeigen uns, was da in Schwingung war, also woraus das All besteht.“

Theorien zufolge hängen die Töne, also Größe und Art der Flecken in der Hintergrundstrahlung, vom Aufbau der Welt ab. Alle Bestandteile des Alls haben praktisch ihren eigenen Fingerabdruck in der Hintergrundstrahlung hinterlassen. John Carlstrom ist von den eigenen Ergebnissen verblüfft: „Normale Materie, woraus Sie und ich bestehen, also das Material, das aus Sternen kommt, ist offenbar nicht das, woraus das Universum zum Großteil besteht. Wir haben jetzt gelernt, dass die normale Materie nur etwa fünf Prozent ausmacht, etwa dreißig Prozent sind Dunkle Materie, die sich nur über ihre Anziehung verrät, aber nicht zu sehen ist. Völlig rätselhaft sind die etwa 65 Prozent Dunkle Energie. Statt die Materie anzuziehen, treibt sie das Universum immer schneller auseinander. Das sprengt schlicht den Verstand – wir ahnen zwar in etwa, was im Universum passiert, und doch scheint unsere Materie nur ein ganz kleiner Teil davon zu sein."

Da reibt sich selbst die Fachwelt verwundert die Augen: Unsere Materie ist nur „Zugabe“ im Kosmos – die wahre Macht im All bleibt unsichtbar. Sie schubst und zerrt die wenige sichtbare Materie hin und her wie Korken auf der Meeresoberfläche. Positiv formuliert fällt die Bilanz so aus: Erstens, Urknall- und Relativitätstheorie stehen heute besser da als je zuvor. Zweitens, die aus unserer Sicht gewöhnliche Materie ist in Wahrheit der Exot im Kosmos. Andreas Tammann weiß als erfahrener Kosmologe um die Grenzen seines Fachs: „Letztlich, so glaube ich persönlich, wird man das Universum überhaupt nie verstehen können. Der Urknall selbst, mit dem das Universum anfing, wird letztlich immer eine Hypothese bleiben. Wir werden zum Beispiel nie die Frage beurteilen können, ob das Universum endlich oder unendlich ist. Ich glaube es gibt Fragen, deren Antwort sich uns nie erschließen wird. Deswegen freue ich mich eigentlich mehr darüber, was überhaupt funktioniert, als dass ich darüber enttäuscht wäre, dass noch nicht alles erklärt ist.“