Auf der Suche nach den ältesten Sternen (German Edition)

Teleskope auf dem Mount Wilson bei Los Angeles benutzen durfte. Theoretische Arbeiten zur Existenz von dunkler Materie in Galaxien waren zuvor von den Astrophysikern James Peebles und Jeremiah Ostriker erstellt worden. Rubin arbeitete daran, Rotationskurven von einzelnen Galaxien zu bestimmen. Sie fand eine eindeutige Diskrepanz zwischen berechneten Werten und ihren Beobachtungen. Es war ihr somit möglich zu zeigen, dass Galaxien mindestens zehnmal mehr dunkle Materie als leuchtende Stern- und Gasmaterie besitzen mussten. Anders ausgedrückt bedeutete diese schwerverständliche Entdeckung, dass jede Galaxie mindestens zu 90% aus dunkler Materie besteht. Daraus folgte schnell, dass somit auch das sichtbare Universum nur ein kleiner Teil des ganzen Universums ist. Diese Ergebnisse setzten sich bald durch und etablierten die Erkenntnis, dass dunkle Materie ein wichtiger Bestandteil von Galaxien ist. Heute sind die allermeisten Wissenschaftler tatsächlich von der Existenz dieser »dunklen Materie« überzeugt, die Zwicky postuliert hatte. Aber auch die Natur der dunklen Materie ist noch nicht geklärt. Für die Galaxienstudien und die Kosmologie war die Entdeckung eine fundamentale Erkenntnis, die enormen Fortschritt mit sich bringen sollte.
    Was die Aufstellung von neuen kosmologischen Modellen anging, gab es aber nach Mitte der 1930er Jahre erst einmal eine mehr als zehnjährige Durststrecke. In dieser Zeit war herausgefunden worden, warum Sterne leuchten und dass Kernenergie auch auf der Erde durch die Spaltung von schweren Kernen freigesetzt werden kann. Der Zweite Weltkrieg und der Atombombenbau »Manhattan Project« führten ihrerseits zu einem verlangsamten Fortschritt der gesamten Wissenschaften. Erst um 1948 gab es in der Kosmologie wieder Neuigkeiten. Hermann Bondi, Thomas Gold und Fred Hoyle schlugen ein neues Modell vor, das auf dem sogenannten perfekten kosmologischen Prinzip beruht. Das bedeutet, dass das Universum nicht nur räumlich homogen und isotrop ist, also in allen Richtungen über große Distanzen hinweg gleich aussieht, sondern auch noch zeitlich unveränderlich ist. Für räumlich und zeitlich unveränderliche kosmologische Modelle hat sich der Begriff »Steady-State«-Modell eingebürgert. Das Modell von Bondi, Gold und Hoyle kam ohne Einsteins kosmologische Konstante aus. Wenn das Universum expandiert, muss in ihm aber ständig neue Materie entstehen, sonst kann es das perfekte kosmologische Prinzip nicht erfüllen. Im Gegensatz dazu waren Eddingtons und Lemaîtres Modelle nicht homogen, da Materie nur aus dem Urknall kam und sich durch die Ausdehnung des Universums langsam verdünnte.
    Fred Hoyle sagte 1950 in einem Radiointerview, dass die Konkurrenztheorie mit einem »Big Bang«, also einem großen Knall, beginnen würde. Der Begriff des »Big Bang«, im Deutschen »Urknall«, setzte sich von da an durch. Damit gab es nun zwei konkurrierende Theorien, die Urknall- und die Steady-State-Theorie. Wie konnte entschieden werden, welche die richtige war? Die Entdeckung der kosmischen Hintergrundstrahlung 1965 durch Penzias und Wilson, erst ein Jahr vor Lemaîtres Tod, war nicht mit dem Steady-State-Modell vereinbar. Eine heiße Anfangsphase des Universums, deren übrig gebliebene Strahlung noch heute messbar ist, war nicht mit dem Modell vereinbar. Die Urknallhypothese war somit bestätigt. Um 1980 wurde auch das Altersproblem endlich gelöst. Der amerikanische Teilchenphysiker Alan Guth sowie der russisch-amerikanische Kosmologe Andrei Linde modifizierten die Urknalltheorie unabhängig voneinander und führten eine frühe inflationäre Zeitspanne ein, in der sich das Universum für kurze Zeit extrem schnell ausgedehnt habe. Verschiedene Vorhersagen dieser Inflationstheorie sind in der Zwischenzeit mehrfach mit großer Genauigkeit bestätigt worden. Die Inflationstheorie ist deshalb heute Bestandteil des Heißen-Urknall-Modells.
    Es gibt noch eine dritte Beobachtung, die für die Urknalltheorie spricht. Nach der Urknalltheorie entstehen in den ersten paar Minuten die chemischen Elemente Wasserstoff und Helium im Verhältnis drei Viertel zu einem Viertel und Spuren von Lithium, genau wie es auch in seit dem Urknall unverändertem Gas beobachtet wird.

2.7. Den Elementen auf der Spur
    Kehren wir nun zu den Prozessen zurück, die in Sternen vor sich gehen. Seit Ende der 1930er Jahre war klar, dass Sterne Wasserstoff zu Helium fusionieren und aus diesem Prozess ihre Energie gewinnen. Allerdings