Kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung (CMBR)

Die Kosmologie geht davon aus, dass etwa 370’000 Jahre nach dem Urknall (vor rund 13.8 Milliarden Jahren) das Universum sich soweit abgekühlt hatte, dass aus einem Plasma-Universum sich erstmals neutrale Atome bilden konnten. Anders herum: Die umgebende Temperatur war genug tief, dass die Atome ihre Elektronen behalten konnten. Die Ionisierungstemperatur des Wasserstoffs liegt bei etwa 10’000 K. Wir gehen davon aus, dass das Universum ab einer Temperatur von ca. 3’000 K die ersten neutralen Atome ausbildete.

Das hatte eine unglaublich bedeutende Konsequenz! Licht ist elektromagnetische Strahlung und die Photonen (Lichtteilchen) koppeln an elektrischen Ladungen. Solange das Universum aus freien Ladungen bestand, wurden die Photonen immer gleich absorbiert. Das Universum war nicht transparent! Erst durch die Bildung der neutralen Atome wurde das Universum erstmals transparent für Licht.

Du weisst ja bestimmt, dass wir im Weltall in die Vergangenheit sehen. Das Licht der Sterne braucht, je nach Distanz, mehr oder weniger lange, um bis zu uns zu kommen. So kann es auch sein, dass wir Sterne funkeln sehen, die effektiv schon “explodiert” sind. Wir sind heute in der Lage, Strahlung zu detektieren, die aus der Zeit 370’000 Jahre nach dem Urknall stammt! Es ist die älteste Strahlung überhaupt.

Die Wärmestrahlung, die das Universum zu diesem Zeitpunkt abstrahlte, kommt heute als Wärmestrahlung an, die zu einer Temperatur von 2.73 K gehört. Die Wellenlänge ist so lang, dass die Strahlung bereits zu den Mikrowellen gehört. Sie kommt von allen Seiten aus dem Universum und wird deshalb kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung genannt (engl. cosmic microwave background radiation, CMBR).

Die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung besteht aus den allerersten freien Photonen, als das junge Universum transparent wurde. Das 370’000 Jahre alte Universum hatte eine Temperatur von rund 3000 K und emittierte sichtbare Wärmestrahlung. Es leuchtete deshalb in einem warmen weiss. Die Photonen mit Wellenlängen aus dem sichtbaren Bereich kommen noch heute bei uns an. Allerdings hat sich das Universum seither um den Faktor von rund 1’100-fach vergrössert. Alles ist rund tausendfach grösser geworden, so auch die ursprüngliche Wellenlänge dieser Photonen. Deshalb entsprechen die heute gemessenen Photonen mit einer Wellenlänge im Mikrowellenbereich einer Wärmestrahlung von einer scheinbar sehr tiefen Temperatur.