Vom Urknall bis heute

Wie ist unser Universum entstanden? Wie dann die Elemente, Sterne, Planeten, Sonnensysteme und Galaxien? Wenn es Planeten in anderen Sternensystemen gibt, können wir dann auch Informationen über sie erhalten? Und ist darunter vielleicht eine zweite Erde? Oder hat die Erde eine besondere Stellung im Universum? Der diesjährige Nobelpreis für Physik geht an drei Wissenschaftler, die wichtige Beiträge zur Beantwortung dieser auch weltanschaulich relevanten Fragen geleistet und damit unser wissenschaftliches Weltbild wesentlich erweitert haben: Zur einen Hälfte an den kanadischen Kosmologen James Peebles, die zweite Hälfte gemeinsam an die Schweizer Astronomen Michel Mayor sowie Didier Queloz. Das verkündete das Nobelpreiskomitee in der vorigen Woche. Die Preisträger seien „Begründer des goldenen Zeitalters der Kosmologie“.

Die Arbeiten von Peebles, hieß es, lieferten die Grundlage für unser Verständnis der Geschichte des Universums vom Urknall bis heute. Peebles wird de facto für sein Lebenswerk geehrt. Das „Urknallmodell“ ist heute das kosmologische Modell, das am stärksten von astronomischen Beobachtungen gestützt wird. Peebles interessierte sich unter anderem dafür, welche Elemente „kurz“ nach dem „Urknall“ entstanden und wie sich größere Strukturen gebildet und verteilt hatten. Bereits in den 70er Jahren untersuchte er mit Jerry Ostriker (Princeton) die geheimnisvolle dunkle Materie und wies große Mengen davon in den „Lichthöfen“ von Galaxien nach. Matthias Steinmetz vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam meint, dass Peebles dafür gesorgt habe, dass das „Urknallmodell (…) zu einem kohärenten Modell der Kosmologie bis hin zur Entstehung von Galaxien und der großräumigen Struktur wurde“.

Mit dem Stand vom 7. Oktober 2019 waren 4 118 Exoplaneten, also Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, in 3 063 Systemen unserer Galaxis registriert, darunter allerdings auch solche, deren Massen denen sogenannter brauner Zwerge nahekommen. Schon Anfang der 90er Jahre des vergangenen Jahrhunderts wurden zwei Planeten entdeckt, die sich um Pulsare bewegen. Im Oktober 1995 fanden Mayor und Queloz mit Hilfe eines neuartigen Spektrografen den ersten Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, der sich um einen sonnenähnlichen Stern bewegt. Ein „Wackler“ brachte sie auf die Spur: Die Schwerkraft des Planeten sorgt dafür, dass sich der umkreiste Stern selbst ein klein wenig um den gemeinsamen Massenschwerpunkt bewegt. Die Entdeckung des Exoplaneten 51 Pegasi b, etwa 50,9 Lichtjahre von uns entfernt, veränderte die Vorstellungen der Astronomen vom Aufbau von Planetensystemen. Dieser Exoplanet, der seinen Stern in nur vier Erdentagen umkreist, ist ein sogenannter heißer Jupiter – größer, aber leichter als Jupiter in unserem Sonnensystem.

Heute gibt es eine Vielfalt von Methoden bis hin zur direkten Beobachtung, um festzustellen, ob ein Stern planetare Begleiter hat. Die Möglichkeiten der Untersuchung haben sich in den letzten 24 Jahren u. a. durch den Fortschritt der Mess- und Beobachtungstechnik und den Einsatz von Weltraumteleskopen wesentlich erweitert. Fast jeden Tag wird inzwischen mindestens ein neues Objekt entdeckt. Darunter sind auch solche, die in der sogenannten habitablen Zone liegen, der Zone um das entsprechende Zentralgestirn, in der theoretisch Leben möglich wäre. Mit Stand vom 4. September sind unter den vielen entdeckten Exoplaneten bislang jedoch nur 20, die nicht nur Gesteinsplaneten wie die Erde sind, sondern auch etwa so groß bzw. im Umfang und/oder der Masse ein wenig kleiner oder nur ein wenig größer. 34 sind größer („Supererden“ bzw. „Mini-Neptune“, letztere sind keine Gesteinsplaneten), drei davon in einem System in 73 Lichtjahren Entfernung. Im September 2019 gelang es erstmals, Wasser auf einem Exoplaneten in der habitablen Zone eines Sterns, der von uns 124 Lichtjahre entfernt ist, nachzuweisen. Wann aber erstmals Lebensspuren auf einem Exoplaneten nachgewiesen werden können, ist völlig offen. Nach denen suchen wir – außerhalb der Erde – aber ja auch noch in unserem Sonnensystem.