Physik-Nobelpreis für kosmische Entdecker

Kosmische Horizonte: Den Nobelpreis für Physik 2019 erhalten drei Forscher, die unsere Sicht des Kosmos entscheidend verändert haben. Zur Hälfte geht der Preis an Michel Mayor und Didier Queloz, die im Jahr 1995 den ersten extrasolaren Planeten entdeckten. Die andere Hälfte des Nobelpreises bekommt James Peebles, einer der Begründer der physikalischen Kosmologie für seine wegweisenden Erkenntnisse zur Entwicklung des Universums.

Alles begann vor rund 13,8 Milliarden Jahren: Gängiger Theorie nach entstanden alle Materie und Strahlung erst mit dem Urknall. Aus der anfangs chaotischen, trüben kosmischen Ursuppe bildeten sich dann nach und nach die Elementarteilchen, Atome und dann schließlich die ersten Sterne und Galaxien. Seither dehnt sich das Universum immer schneller aus, angetrieben von der Kraft der noch immer rätselhaften Dunklen Energie. So weit – so bekannt.

Karte der kosmischen Hintergrundstrahlung, erstellt vom ESA-Satelliten Planck. © ESA/Planck Collaboration

Doch was in der Anfangszeit des Kosmos geschah und wie sich aus der „kosmischen Ursuppe“ die heute bekannten Strukturen bildeten, war bis Anfang der 1960er Jahren völlig unbekannt. 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.

James Peebles: 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.

Comeback für Einsteins Konstante

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 – und ein Faktor, der noch immer für Rätsel und Überraschungen sorgt.

Zusammen trugen die Werke des Astrophysikers dazu bei, unser heutiges kosmologisches Weltbild entscheidend zu prägen. Dafür erhält James Peebles nun den Nobelpreis für Physik 2019.

Exoplanet 51 Pegasi b (Illustration) und die Radialgeschwindigkeits-Kurve, die zu seiner Entdeckung führte. © Universität Genf

Mayor und Queloz: 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“.

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 zum Stern herrschen auf der Oberfläche von 51 Pegasi b 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