Unsichtbares Universum
Etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall erreichte unser noch verhältnismäßig junges Universum einen wichtigen Meilenstein. Es war noch sehr heiß, aber gerade kühl genug, dass sich aus den bis dahin frei herumfliegenden Elektronen, Neutronen und Protonen neutrale Atome bilden konnten. Die Lichtteilchen, Photonen, die in der Zeit davor immer wieder neu entstanden sind und absorbiert wurden, konnten sich plötzlich frei bewegen – auf einmal wurde das Universum durchsichtig. Im Umkehrschluss bedeutet das aber auch, dass vor diesem Zeitpunkt kein Licht aus dem „heißen Brei“ entkommen konnte. Teleskope bringen uns hier nichts mehr – die Wissenschaft musste andere Geräte entwickeln, um dem frühen Universum auf die Spur zu kommen: Teilchenbeschleuniger.
Die kosmische Hintergrundstrahlung
Der „Blick durchs Fenster“ zeigt die Verteilung der kosmischen Hintergrundstrahlung. Diese ist ein Überbleibsel des Urknalls – und ist damit das älteste Licht der Welt. Seine Eigenschaften lassen Rückschlüsse auf den Zustand des Universums zu, als es ca. 380.000 Jahre nach dem Urknall „plötzlich“ durchsichtig für diese Strahlung wurde. Zu dieser Zeit war das Universum fast perfekt homogen – ähnlich der Oberfläche eines Sees bei Windstille. Die hellen und dunklen Bereiche zeigen in mehr als 10.000-facher Kontrastverstärkung die winzigen Dichteschwankungen dieses frühen Universums. Aus diesen Schwankungen entstanden die heutigen Sterne und Galaxien. Die kosmische Hintergrundstrahlung ist daher der direkte Beweis dafür, dass die Urknalltheorie höchstwahrscheinlich stimmt, weil sie konsistent mit unseren Beobachtungen ist.
Aus der kosmischen Hintergrundstrahlung lassen sich alle wesentlichen Eigenschaften unseres Universums wie Alter, zeitliche Entwicklung und Dichte ableiten.
Das erste Licht des Universums
Photonen, also Lichtteilchen, konnten das junge, sehr heiße Universum nicht ungehindert durchqueren. Ständig stießen sie mit freien, elektrisch geladenen Protonen und Elektronen zusammen. Erst nachdem das Universum auf 2.700 Grad abgekühlt war, konnten sich neutrale Atome bilden. Nun konnten die Photonen ungehindert passieren und durch das Universum reisen. Diese Photonen bildeten die kosmische Hintergrundstrahlung, die noch heute beobachtet werden kann.
Funkenkammer
Nebelkammer
Diese Nebelkammer macht unsichtbare geladene Teilchen sichtbar, die uns ständig umgeben. Die Kammer ist mit einem übersättigten Luft-Alkohol-Gemisch (Ethanoldampf) gefüllt. Wenn ein geladenes Teilchen das Gas durchquert, ionisiert es einzelne Atome des Gases. Wie ein Kondensstreifen eines Flugzeugs am Himmel wird so die Flugbahn des geladenen Teilchens als Kondensationsstreifen sichtbar, weil die Ionen zu Kondensationskeimen werden, an denen sich der gesättigte Alkoholdampf niederschlagen und sichtbare Spuren hinterlassen kann.
Jan Köchermann
Frasseks Raumsammler / Film, 2018
Frasseks Keller, 2018
Frassek Raumsammler / Modell, 2018
In den 1960er Jahren erfand der vergessene Teilchenphysiker Hubertus M. Frassek ein Auto mit Auffangtrichter als Messgerät, um die Existenz winziger schwarzer Löcher zu beweisen. Jan Köchermann ließ seinen Nachbau von Frasseks Raumsammler 2017 erstmals auf dem Hamburger DESY-Gelände nach schwarzen Kleinstlöchern suchen: Ausgangspunkt eines künstlerischen Forschungsprojekts, das sich in multiplen Formen manifestiert hat. In verwackelten Sepia-Tönen folgt Köchermanns Super-8-Film dem exzentrischen Wissenschaftler Frassek bei dessen spaciger Mission im Trichterfahrzeug. Eine Guckkasteninstallation wiederum gibt den Blick frei auf Frasseks Keller, in dessen Tiefen ein dunkler Strudel wie ein schwarzes Loch ins Nichts führt. Als Miniaturreplik verweist der Raumsammler auf die fantasiegesteuerten Vehikel kühner Visionen, die wissenschaftlicher Erkenntnis als entscheidender Antrieb auf die Sprünge helfen. Köchermanns räumliche Interventionen und Konstruktionen sind Modelle einer erweiterten Wahrnehmung. Sie geben dem Undenkbaren Gestalt und machen das Unsichtbare greifbar – auch über Frasseks Raumsammler hinaus.
Geheimnisvolle Dunkle Materie
Rund 26 Prozent des Universums werden von einer Materieform bestimmt, die wir bisher noch nie direkt gesehen haben.
Diese sogenannte Dunkle Materie kann im Gegensatz zur sichtbaren Materie weder Licht ausstrahlen noch Licht absorbieren und ist daher für uns unsichtbar. Man kann sie bisher nur durch ihre Gravitationswirkung auf die sichtbare Materie indirekt nachweisen.
Forscherinnen und Forscher vermuten, dass die Dunkle Materie nicht immer „unsichtbar“ war. Bruchteile einer Sekunde nach dem Urknall – als das Universum mit einem heißen Plasma gefüllt war – trat sie mit der uns bekannten Materie in rege Wechselwirkung. Bei Zusammenstößen von Teilchen der uns bekannten Materie entstanden neue Teilchen von Dunkler Materie. Bei der weiteren Abkühlung des Universums blieb ein Rest der Dunklen Materie bestehen.
Dunkle-Materie-Halos
In den Außenbereichen von Spiralgalaxien rotieren Sterne so schnell um das Galaxienzentrum, dass die Galaxien eigentlich auseinanderfliegen müssten. Man schließt daraus, dass die Galaxien in eine geheimnisvolle Materieform eingebettet sind, die sie zusammenhält. Dieser Halo aus Dunkler Materie lässt sich aus den Bewegungen der Sterne berechnen.
Hinein ins Unsichtbare
