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(Bildnachweis: NASA)

Das Restlicht aus dem jungen Universum hat einen großen Fehler, und wir wissen nicht, wie wir ihn beheben können. Es ist der kalte Fleck. Er ist einfach viel zu groß und viel zu kalt. Die Astronomen sind sich nicht sicher, was es ist, aber sie sind sich weitgehend einig, dass es sich lohnt, ihn zu erforschen.

Der kosmische Mikrowellenhintergrund (CMB) wurde erzeugt, als unser Universum erst 380.000 Jahre alt war. Damals war unser Kosmos etwa eine Million Mal kleiner als heute und hatte eine Temperatur von über 10.000 Kelvin (17.500 Grad Fahrenheit oder 9.700 Grad Celsius), was bedeutet, dass das gesamte Gas aus Plasma bestand. Als sich das Universum ausdehnte, kühlte es ab, und das Plasma wurde neutral. Dabei setzte es eine Flut von weißglühendem Licht frei. In den Milliarden von Jahren, die seitdem vergangen sind, hat sich dieses Licht abgekühlt und auf eine Temperatur von etwa 3 Kelvin (minus 454 F oder minus 270 C) gedehnt, wodurch diese Strahlung fest im Mikrowellenbereich des elektromagnetischen Spektrums liegt.

Das CMB ist fast perfekt gleichförmig, aber es gibt winzige Temperaturunterschiede von etwa 1 Teil pro Million, und diese Unvollkommenheiten, die wie Flecken unterschiedlicher Form und Größe aussehen, sind das Interessanteste an ihm. Wir können nicht genau vorhersagen, wie die Schwankungen aussehen werden, welche Flecken kalt und welche heiß sein werden. Das liegt daran, dass das Licht, das wir sehen, aus einem Teil des Universums kommt, der jetzt aus dem sichtbaren Bereich herausgezogen ist.

Das bedeutet, dass wir uns auf Statistiken verlassen müssen, um das CMB zu verstehen. Wir können nicht sagen, welche Flecken wo auftauchen werden; wir können nur die Physik nutzen, um die durchschnittliche Größe der Flecken zu verstehen und wie heiß oder kalt sie im Durchschnitt sein könnten.

Die kalte Stelle

Mit dem CMB ist so ziemlich alles in Ordnung. Wir wissen, woher die Flecken kommen, und im Laufe der Jahrzehnte haben wir immer raffiniertere Teleskope und Satelliten gebaut, um einen besseren Einblick zu bekommen. In der Tat ist die Entdeckung und Messung des CMB eine der größten Erfolgsgeschichten der Wissenschaft.

Und dann ist da noch der kalte Fleck.

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Nun gibt es viele kalte Flecken im CMB. Aber einer davon – der kalte Fleck – sticht heraus. Er hebt sich sogar visuell ab. Wenn man sich eine Karte des CMB anschaut – auf der die gesamte Himmelskugel zu einer seltsamen, vage ovalen Form komprimiert ist – befindet er sich unten und ein wenig rechts. Am Himmel liegt er in Richtung des Sternbilds Eridanus.

Der kalte Fleck ist seltsam kalt. Je nachdem, wie man den Rand des Flecks definiert, ist er etwa 70 Mikrokelvin kälter als der Durchschnitt, verglichen mit dem durchschnittlichen kalten Fleck, der nur 18 Mikrokelvin kälter als der Durchschnitt ist. An den tiefsten Stellen ist es 140 Millikelvins kälter als der Durchschnitt.

Er ist auch groß – etwa 5 Grad im Durchmesser, was sich nicht nach viel anhört, aber das sind etwa 10 Vollmonde, die nebeneinander aufgereiht sind. Der durchschnittliche Fleck auf dem CMB beträgt weniger als 1 Grad. Es ist also nicht nur unheimlich kalt, sondern auch unheimlich groß.

Jetzt wird es knifflig. Es ist leicht, den kalten Fleck zu sehen. Astronomen entdeckten ihn erstmals in den frühen 2000er Jahren mit der Wilkinson Microwave Anisotropy Probe der NASA, und der Planck-Satellit der Europäischen Weltraumorganisation bestätigte die Existenz des kalten Flecks. Es handelte sich also nicht nur um einen Zufall des Instruments, einen Messfehler oder eine seltsame außerirdische Interferenz – es ist eine reale Sache.

Das führt zu einer weiteren Frage: Ist es uns wichtig?

Wir können nicht mit Sicherheit sagen, welche Flecken auf dem CMB wo erscheinen werden; wir erhalten nur statistische Informationen. Es gab viel Hin und Her zu diesem Thema, aber der allgemeine Konsens ist, dass wir nicht erwarten sollten, dass der kalte Fleck so groß und so kalt ist, nur weil er zufällig ist.

Ja, zufällig große und kalte Flecken sollten gelegentlich auftreten, aber die Wahrscheinlichkeit, dass wir rein zufällig einen sehen, liegt bei weniger als 1 % (je nachdem, wen man fragt, sogar noch viel niedriger). Obwohl wir also einfach sagen könnten, dass wir großes Pech hatten und einen kalten Fleck bekamen, ist dies selten genug, dass es etwas mehr Aufmerksamkeit erfordert.

Es handelt sich also nicht um einen Messfehler, und es ist wahrscheinlich auch kein Zufall. Was ist es dann?

Eine Himmelskarte zeigt den kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB), ein Überbleibsel aus der Zeit des frühen Universums, als diese verlorene dunkle Materie existiert haben könnte. (Bildnachweis: © ESA and the Planck Collaboration)

Die heiße Debatte

Die bevorzugte Erklärung für die seltsame Natur des kalten Flecks ist, dass er auf eine gigantische kosmische Leere zurückzuführen ist, die sich in dieser Richtung zwischen uns und dem CMB befindet. Kosmische Leerräume sind große Flecken von fast nichts. Doch trotz dieses Nichts beeinflussen sie das CMB-Licht, und das liegt daran, dass sich die Leerräume weiterentwickeln.

Wenn Licht aus dem CMB zum ersten Mal in einen Hohlraum eintritt, gewinnt es beim Übergang von einer Umgebung mit hoher Dichte zu einer Umgebung mit niedriger Dichte ein wenig Energie. In einem vollkommen statischen Universum würde das Licht die gleiche Menge an Energie verlieren, wenn es auf der anderen Seite wieder austritt. Da sich die Hohlräume jedoch verändern, könnte der Hohlraum beim Eintritt des Lichts relativ klein und flach sein, und wenn es ihn wieder verlässt, ist der Hohlraum groß und tief.

Dies führt zu einem Gesamtverlust an Energie des CMB-Lichts beim Durchqueren des Hohlraums – ein Prozess, der als integrierter Sachs-Wolfe-Effekt bekannt ist.

Eine riesige Leere könnte also den kalten Fleck erklären, aber es gibt ein Problem: Wir sind nicht sicher, ob es in dieser Richtung tatsächlich eine riesige Leere gibt. Wir haben Karten und Durchmusterungen von Galaxien in diesem Teil des Himmels, aber sie sind alle in irgendeiner Weise unvollständig; entweder erfassen sie nicht jede Galaxie, oder sie decken nicht das gesamte Volumen der vermuteten Leere ab. Auch hier gab es also in der Literatur ein erhebliches Hin und Her, wobei einige Gruppen behaupteten, ein Supervoid zu identifizieren, während andere sagten, dass es dort nichts Besonderes gibt.

Und selbst wenn es einen Supervoid in dieser Richtung gäbe, ist nicht klar, ob er eine ausreichend starke Wirkung hätte, um den kalten Fleck zu erzeugen, den wir sehen.

Diese Unklarheit lässt Raum für einige ungewöhnliche Vorschläge, wie die Idee, dass der kalte Fleck ein Überbleibsel eines Schnittpunkts zwischen unserem Universum und einem benachbarten Universum ist. Aber selbst diese Hypothese kann nicht alle Eigenschaften des kalten Flecks erklären.

Erklärt der kalte Fleck den Urknall für ungültig? Ganz und gar nicht. Lohnt es sich, ihn zu untersuchen? Mit ziemlicher Sicherheit. Werden wir jemals schlüssig herausfinden, was er ist? Vielleicht nicht.

So ist die Wissenschaft nun einmal. Sie ist nie perfekt, und es gibt immer einen kleinen Dorn im Auge einer Theorie. Manchmal blühen diese Dornen auf, um neue Arten von TK zu enthüllen, manchmal verwelken diese Dornen einfach, während die Wissenschaftler langsam daran arbeiten, und manchmal bleiben sie einfach da, nie ganz gelöst, nie ganz beantwortet, aber nie so weit, dass man ihnen mehr Aufmerksamkeit schenken müsste.

Beides ist für mich in Ordnung. Und warum? Weil nichts in diesem Universum perfekt ist, nicht einmal unsere Beschreibungen davon.