Techniklexikon

Hintergrundstrahlung

kosmische Hintergrundstrahlung, Drei-Kelvin-Strahlung, Mikrowellenstrahlung, ein das gesamte Universum erfüllendes Strahlungsfeld, dessen spektrale Energieverteilung dem eines schwarzen Körpers mit einer Temperatur von (2,726 ± 0,005) K entspricht. Das Energiemaximum liegt bei einer Wellenlänge von etwa 1,1 mm. Die Strahlungsdichte beträgt 375 Photonen / cm³.

Die Hintergrundstrahlung erscheint über den gesamten Himmel nahezu isotrop. Sie weist eine geringfügige Dipolasymmetrie auf, die darauf zurückgeführt wird, dass sich die Milchstrasse relativ zu dem Strahlungsfeld mit einer Gechwindigkeit von 600 km / s bewegt. Dies führt zu einer beobachteten, scheinbaren Temperaturerhöhung in Bewegungsrichtung und einer Erniedrigung in der entgegengesetzten Himmelsrichtung um jeweils 3,3 mK.

Darüber hinaus liessen sich mit dem Satelliten COBE kleinere unregelmässige Anisotropien mit einer mittleren Amplitude von 35 K registrieren.

Im Rahmen der heutigen Kosmologie entstand die Hintergrundstrahlung etwa 300 000 Jahre nach dem Urknall. Das heisse Gas hatte sich bis auf einige tausend Kelvin abgekühlt, so dass Atomkerne und Elektronen sich zu Atomen vereinigten. Dadurch wurden dem Gas freie Ladungsträger entzogen, die zuvor die Strahlung so stark gestreut hatten, dass das Gas undurchsichtig war. Nach der Formierung der Atome wurde das Gas durchsichtig, und die Strahlung konnte sich nahezu frei ausbreiten. Die Strahlung besass damals eine Temperatur von einigen tausend Kelvin, entsprechend derjenigen des Gases. Durch die Expansion des Weltalls (bis heute um einen Faktor tausend) kühlte die Strahlung auf den beobachteten Wert von rund drei Kelvin ab.

Die Anisotropien in der Hintergrundstrahlung werden als Dichteinhomogenitäten im damaligen Urgas gedeutet. Bei adiabatischer Expansion besassen sie eine relative Amplitude von Dr / r = 4 · 10^-5 mit der Schwankungsamplitude der Dichte Dr und der mittleren Dichte r. Aus diesen Dichteschwankungen sollen sich die Galaxien und Galaxienhaufen gebildet haben.

Die Hintergrundstrahlung wurde 1949 von George Gamow vorhergesagt und 1965 von Arno Penzias und Robert Wilson entdeckt. Sie gilt heute als eine der wesentlichen Stützen für die Urknalltheorie.

Hintergrundstrahlung: Anisotropien in der Hintergrundstrahlung. Sie werden als Keimzellen der heutigen Galaxien und Galaxienhaufen gedeutet. (Foto: NASA)