Hallo Horst !
Die heute sichtbaren grossen Strukturen wie Galaxien und Galaxiencluster müssen aus kleinen Inhomogenitäten hervorgegangen sein die in der kosmischen Hintergrundstrahlung erkennbar sein müssten. Nun reichen die in der Hintergrundstrahlung gemessenen Inhomogenitäten aber nicht aus um Strukturen wie Galaxien zu erzeugen, sie sind einfach zu klein.
Da kommt die dunkle Materie ins Spiel: da sie nicht elektromagnetisch sondern ausschliesslich durch die Gravitation wechselwirkt können sie sich zu grösseren Ansammlungen zusammenballen ohne dass dies in der Hintergrundstrahlung direkt bemerkbar ist.
Hier ein Zitat aus dem Artikel „Ein Universum voll dunkler Rätsel“, erschienen in ‚Spektrum der Wissenschaft‘ 12 / 2003:
_Im Gegensatz zur „normalen“, leuchtenden Materie treten die hypothetischen Teilchen der Dunklen Materie mit Strahlung nicht in direkte Wechselwirkung. Deshalb können sie gleichsam durch das Nadelöhr der winzigen Hintergrundstrahlungsschwankungen schlüpfen und sich zu größeren Gebilden zusammenballen. So vermag die Dunkle Materie Schwerkraftzentren vorzugeben, in denen die normale Materie sich ansammelt.
Diesem Szenario zufolge bildeten sich in der Dunklen Materie schon kurz vor der Rekombinationszeit erste, schwach ausgeprägte Massenkonzentrationen. Das „normale“ Plasma aus Photonen (Strahlungsquanten) und Baryonen (Partikeln wie Proton und Neutron) folgte diesen Kondensationen, doch der Tendenz der Baryonen zum Zusammenballen stand der Strahlungsdruck der Photonen entgegen, der die Plasmawolken auseinander zu treiben suchte. Im Widerstreit dieser Kräfte begannen die Plasmawolken zu schwingen - wie Schallwellen in einem Gas. Die größte schwingende Plasmawolke war bis zur Rekombinationszeit gerade einmal von einer Schallwelle durchlaufen worden. Noch größere Wolken konnten noch keinen Druck aufbauen, sondern folgten einfach der Schwerkraft und zogen sich langsam zusammen. Kleinere Wolken oszillierten mit höherer Frequenz. Alle Schwingungen waren in Phase - perfekt synchronisiert durch den Urknall.
Bei der Kontraktion und Verdichtung wurde das Photonengas heißer; während der Verdünnung, beim Auseinanderlaufen, kühlte es sich ab. Zur Rekombinationszeit verließen die Photonen die Plasmawolken - und finden sich heute mit etwas unterschiedlichen Temperaturen in den Detektoren der Astronomen wieder. Die Temperaturschwankungen der dichteren und dünneren Plasmawolken zeigen sich demnach als wärmere und kühlere Bereiche des Strahlungshintergrunds am Himmel._
Diese Schwingungen machen sich dann als Temperaturschwankungen in der kosmischen Hintergrundstrahlung bemerkbar:
_Das erste Maximum entspricht der größten akustischen Schwingung - sie erfasst den Bereich, den eine Schallwelle vom Urknall bis zur Rekombinationszeit zurücklegen konnte. Diese Länge lässt sich daraus zu ungefähr 220000 Lichtjahren berechnen.
Am Strahlungshimmel erscheint diese Schwingung als Signal mit einer Winkelausdehnung von etwa einem Grad. Der Winkel, unter dem man eine bestimmte Strecke sieht, wird durch die Krümmung des Raumes festgelegt. Bei positiver Krümmung nimmt dieselbe Strecke einen größeren Winkel ein als bei Krümmung null, bei negativer Krümmung einen kleineren. Der gemessene Wert passt zur Krümmung null - das Universum gehorcht der euklidischen Geometrie, es ist flach. Krümmung null heißt zugleich, dass der Parameter der gesamten Massen- und Energiedichte tot den kritischen Wert eins erreicht (siehe Glossar). Die genaue Analyse ergibt tot = 1,02 ± 0,02.
In der akustischen Schwingung folgt auf die Verdichtung eine Verdünnung; sie erscheint im Diagramm, weil dort das Quadrat der Schwankungen aufgetragen ist, als zweites Maximum. Je mehr baryonische Materie vorhanden ist, desto deutlicher wird die Plasmawolke durch die Gravitation der Dunklen Materie verdichtet. Die relative Höhe der Maxima ermöglicht die Festlegung der baryonischen Materie auf 4,5 Prozent der kritischen Dichte (B = 0,045) und der Dunklen Materie auf 27 Prozent (m = 0,27). Diese Werte stehen in Einklang mit anderen astronomischen Messungen; die Unsicherheiten betragen jeweils weniger als zehn Prozent._
mfg
Christof
