I. Jahresfeier am 9. Juni 2018

Wenn sich Objekte, die Licht aussenden, von uns entfernen, verschieben sich
die Wellenlängen ihrer Strahlung ins Langwelligere (Rotverschiebung); wenn sich
strahlende Objekte uns nähern, erscheint uns ihre Strahlung kurzwelliger (blau-
verschoben). Eine ähnliche Erscheinung kennt man aus dem Alltagsleben vom
akustischen Dopplereffekt: Ein Sirenenton klingt höher, wenn sich uns ein Kran-
kenwagen mit eingeschalteter Sirene nähert und tiefer, wenn sich der Wagen von
uns entfernt. Für Galaxien bedeutet dies, dass ihr Licht um so stärker zu längeren
Wellenlängen verschoben ist, je weiter sie von uns entfernt sind. Diese Rotver-
schiebung lässt sich in eine Entfernung umrechnen.
3. Das frühe Universum und erste Sternentstehung
Wenn wir also Objekte im frühen Universum beobachten wollen, benötigen wir
hierzu Instrumente, die im Infrarotbereich messen können, während wir im sicht-
baren (optischen) Wellenlängenbereich je nach Größe der Entfernung keine In-
tensität mehr registrieren. Man könnte daher fragen, ob wir mit ausreichend leis-
tungsfähigen Teleskopen im Langwelligen den Urknall selbst beobachten könnten.
Dies ist uns allerdings verwehrt, denn das ganz frühe Universum war noch nicht
für Licht (Photonen) durchlässig. Die Photonen konnten nur kurze Strecken zu-
rücklegen, bevor sie auf weitere Teilchen stießen und gestreut wurden. Erst etwa
380.000 Jahre nach dem Urknall hatte sich das Universum genügend ausgedehnt
und abgekühlt, sodass sich erstmals die zuvor ungebundenen Elektronen und
Atomkerne (hauptsächlich Protonen, also Kerne des leichtesten Elements, dem
Wasserstoff) zu Atomen verbinden konnten. Diesen Prozess bezeichnet man auch
als Rekombination, auch wenn es zuvor noch nie Atome gab. Nach der Rekom-
bination wurden die Photonen nicht mehr ständig abgelenkt und konnten sich
erstmals frei ausbreiten. Diese früheste durch elektromagnetische Strahlung be-
obachtbare Epoche sehen wir heute als sogenannte kosmische Mikrowellenhinter-
grundstrahlung, die uns aus allen Himmelsrichtungen in praktisch gleicher Stärke
erreicht. Sie entspricht einer Temperatur von circa 2,73 Kelvin, also nur 2,73 Grad
über dem absoluten Nullpunkt.
Erst wenn man die Verteilung dieser Strahlung über den gesamten Himmel
mit extrem hoher Genauigkeit vermisst, lassen sich winzige Temperaturschwan-
kungen im Bereich von 0,001 % nachweisen. Sie entsprechen geringen Dichte-
schwankungen und stellen gewissermaßen die Saatkörner der in den folgenden
Jahrmilliarden stattfindenden Strukturbildung statt. Das noch sehr junge und sehr
gleichförmige Universum enthielt 380.000 Jahre nach dem Urknall, als sich die
Hintergrundstrahlung ungehindert ausbreitete, noch keinerlei Sterne oder Gala-
xien. In der nun folgenden Phase expandiert das Universum weiter und kühlt sich
weiter ab. In dieser Periode existierten praktisch keine zusätzlichen Lichtquellen,
weshalb man hier auch vom „dunklen Zeitalter“ spricht.

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