Staub statt Gravitationswellen

Im März 2014 erregten Forscher der BICEP2-Kollaboration weltweite Aufmerksamkeit: Sie verkündeten, in der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung charakteristische Signale von sogenannten primordialen Gravitationswellen entdeckt zu haben, die laut Theorie kurz nach dem Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren erzeugt wurden. Nun zeigt eine kombinierte Analyse der Daten des BICEP2-Teams und des Weltraumteleskops Planck, dass es sich bei den Messungen lediglich um den Nachweis eines unerwünschten Störsignals handelt: Staub aus unserer eigenen Galaxie. Die Ergebnisse sollen im Fachmagazin „Physical Review Letters“ veröffentlicht werden.

Farben von rot bis blau stellen die Strahlung des Staubes da, während hingegen strukturierte Linien das magnetische Feld der Galaxis anzeigen. Während das Bild in der oberen Hälfte die stärkste Staubkonzentration zeigt (das Bild ist hier rot), ist auch der Staub in dem weiß markierten Sichtfeld des BICEP2-Teleskops nicht vernachlässigbar.
Planck beobachtete den gleichen Himmelsausschnitt wie BICEP2

Die derzeitigen kosmologischen Modelle besagen, dass sich das Universum kurz nach dem Urknall explosionsartig aufblähte. Während dieser Inflationsphase wurden Gravitationswellen – winzige Schwingungen in der Raumzeit –erzeugt, spekulieren Kosmologen, die Spuren in der kosmischen Hintergrundstrahlung hinterlassen haben. Demnach prägten die Gravitationswellen der elektromagnetischen Strahlung ein charakteristisches wirbelförmiges Muster in ihrer Polarisation, also ihrer Schwingungsrichtung, auf. Ein Nachweis dieser Muster im Mikrowellenhintergrund würde die Inflationstheorie somit bestätigen und einen einzigartigen Einblick in das Universum wenige Sekundenbruchteile nach seiner Entstehung ermöglichen.

Forscher um John Kovac von der Harvard University in Cambridge, Massachusetts, gaben im März 2014 bekannt, diese charakteristischen Spuren in der Hintergrundstrahlung nachgewiesen zu haben. Dazu hatten sie das BICEP2- Teleskop am Südpol verwendet, das allerdings nur etwa zwei Prozent des gesamten Himmels bei einer einzigen Frequenz erfasst. Mögliche Störeffekte, etwa durch Staub aus dem Milchstraßensystem, glaubten die Astronomen durch die Wahl einer besonders „sauberen“ Region ausgeschlossen zu haben.

Bereits wenige Monate später kamen allerdings erste Zweifel an dem spektakulären Fund von Kovac und seinen Kollegen auf. Daten des Planck-Satelliten der Weltraumagentur ESA zeigten nämlich, dass sich von galaktischem Staub polarisierte Strahlung über den gesamten Himmel erstreckt und somit das kosmologische Signal überlagern könnte. Im Gegensatz zu BICEP2 hat Planck den gesamten Himmel bei neun Frequenzen vermessen, womit Vordergrundeffekte aus dem Mikrowellenhintergrund besser herausgefiltert werden können. Die Kombination aus den BICEP2- und den Planck-Daten erbrachte nun die endgültige Bestätigung: Die gemessenen charakteristischen Muster von BICEP2 sind nicht kosmologischen Ursprungs, sondern stammen von Staub aus dem Milchstraßensystem.

Der experimentelle Nachweis von primordialen Gravitationswellen steht damit weiter aus. Dies bedeutet aber nicht, dass es solche Gravitationswellen nicht gibt oder die Inflationstheorie falsch ist. Stattdessen deuten die Ergebnisse darauf hin, dass das Signal der möglichen Gravitationswellen zu schwach ist, um es mit gegenwärtigen Mitteln aufzuspüren.