Italienische Astrophysikerin Sofia Fatigoni forscht am kosmischen Mikrowellenhintergrund an der Amundsen-Scott-Station

Die italienische Astrophysikerin Sofia Fatigoni widmet sich an der Amundsen-Scott-Südpolstation kritischen Untersuchungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB). Diese Forschungsbasis liegt am geografischen Südpol, wo die Temperaturen, selbst ohne Berücksichtigung des Windchills, regelmäßig auf eisige -50°C fallen können. Die Station befindet sich in 2835 Metern Höhe auf dem antarktischen Eisschild und trägt die Namen der Entdecker, die den Pol 1911 und 1912 erreichten.

Gerade diese extremen Bedingungen – die unerbittliche Kälte und die Abgeschiedenheit – sind der Schlüssel zum Erfolg. Sie garantieren eine minimale Luftverschmutzung und nahezu keine Feuchtigkeit in der Atmosphäre. Diese Reinheit schafft eine geradezu ideale Umgebung für hochsensible astrophysikalische Messungen. Dr. Fatigonis Hauptaugenmerk liegt derzeit auf dem BICEP Array Teleskop-Projekt. Das erklärte Ziel dieses Vorhabens ist der Nachweis von Signaturen primordialer Gravitationswellen, die im CMB konserviert sein sollen. Kosmologische Theorien besagen, dass diese Wellen in den allerersten Augenblicken nach dem Urknall entstanden, während der Phase der kosmischen Inflation.

Sollte es gelingen, die sogenannten B-Moden der CMB-Polarisation nachzuweisen, wäre dies ein direkter experimenteller Beleg für die Inflationstheorie. Der kosmische Mikrowellenhintergrund, oft als „Nachglühen“ des Universums bezeichnet, ist die Restwärme, die seit der Ära der „letzten Streuung“ erhalten geblieben ist – etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall. Das Spektrum dieser Strahlung entspricht perfekt dem eines idealen schwarzen Körpers mit einer aktuellen Temperatur von 2,725 Kelvin.

Das BICEP Array stellt eine logische Fortsetzung früherer Forschungsprojekte dar, darunter BICEP1 (aktiv von 2006 bis 2008) und BICEP2 (2010 bis 2012). Das aktuelle Instrumentarium umfasst vier kryogene Teleskope. Das erste dieser Teleskope begann bereits 2019 mit der Datenerfassung, gefolgt vom zweiten Instrument im Jahr 2022. Die hochpräzisen Messungen zielen darauf ab, die Polarisation des CMB zu erfassen. Dies ist notwendig, um das Signal der ursprünglichen Gravitationswellen von störenden Einflüssen, wie beispielsweise galaktischem Staub, sauber zu trennen. Letzterer hatte bereits 2014 die Analyse der BICEP2-Daten kompliziert.

Das Leben an der Station, die vom National Science Foundation der USA im Rahmen des United States Antarctic Program (USAP) betrieben wird, gleicht unter den Bedingungen des permanenten Polartages, gefolgt von einer sechsmonatigen Nacht, frappierend dem auf dem Mars. Die Basis ist für maximal 150 Personen im Sommer ausgelegt, während im Winter etwa 50 Wissenschaftler und Techniker in völliger Isolation von Mitte Februar bis Ende Oktober verbleiben. Da sich der Eisschild jährlich um rund 10 Meter verschiebt, muss der Marker für den geografischen Südpol jedes Jahr neu justiert werden. Diese einzigartigen Standortmerkmale machen die Basis unverzichtbar für die Astrophysik, was sich auch in der Präsenz anderer Einrichtungen wie der Neutrino-Observatorium IceCube zeigt.

Die von Sofia Fatigoni und ihren internationalen Kollegen durchgeführten Studien sind von fundamentaler Bedeutung, da sie darauf abzielen, Licht in die frühesten Momente der Existenz unseres Universums zu werfen. Sollte die Detektion der B-Moden, die durch Gravitationswellen verursacht werden, gelingen, würde dies die Inflationstheorie von einer rein spekulativen Idee zu einem empirisch belegten Fakt erheben und damit eine neue Ära in der Kosmologie einläuten.