Eine neue Theorie deutet darauf hin, dass Gravitationswellen, die von Albert Einstein vor über einem Jahrhundert vorhergesagten Wellen in der Raumzeit, die treibende Kraft hinter der Entstehung von Materie und damit der fundamentalen Bausteine unseres Universums – Sterne, Galaxien und Planeten – gewesen sein könnten. Diese Forschungsergebnisse wurden kürzlich im Fachjournal Physical Review Research veröffentlicht.
Traditionell stützte sich die Kosmologie auf das Inflationsmodell, um die bemerkenswerte Gleichmäßigkeit des frühen Universums zu erklären. Dieses Modell, das eine exponentielle Ausdehnung des Universums in den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall beschreibt, ist jedoch mit einer Vielzahl von anpassbaren Parametern verbunden, was seine Überprüfung erschwert. Die nun vorgestellte Theorie schlägt vor, dass natürliche Quantenfluktuationen der Raumzeit selbst, manifestiert als Gravitationswellen, ausgereicht haben könnten, um winzige Dichteschwankungen in der Materie zu erzeugen. Aus diesen anfänglichen Unregelmäßigkeiten sollen sich dann die komplexen Strukturen entwickelt haben, die wir heute im Kosmos beobachten.
Die Verfechter dieser neuen Hypothese argumentieren, dass ihr Modell die Notwendigkeit hypothetischer „Inflatonfelder“ überflüssig macht, die im Inflationsmodell für die rapide Expansion verantwortlich gemacht wurden. Stattdessen postulieren sie, dass die inhärenten Quantenfluktuationen der Raumzeit, die sich als Gravitationswellen bemerkbar machen, ausreichen, um die anfänglichen Dichtegradienten zu schaffen, die zur Bildung von Himmelskörpern führten. Die Möglichkeit, diese Theorie durch astronomische Beobachtungen zu testen, liegt in der Untersuchung der großräumigen Strukturen des Universums und der Messung primordialer Gravitationswellen.
Die Bedeutung von Gravitationswellen für das Verständnis der kosmischen Ursprünge wird durch jüngste Entwicklungen weiter unterstrichen. Im März 2025 gab eine internationale Gruppe von Physikern bekannt, dass sie möglicherweise eine von Einstein vorhergesagte Eigenschaft von Gravitationswellen, das sogenannte „gravitative Gedächtnis“, beobachtet haben. Dieses subtile „Echo“, das von Gravitationswellen aus kosmischen Ereignissen wie der Verschmelzung Schwarzer Löcher hinterlassen wird, könnte im kosmischen Mikrowellenhintergrund nachweisbar sein. Solche Entdeckungen vertiefen unser Verständnis der Rolle von Gravitationswellen im evolutionären Prozess des Universums.
Die Entdeckung von Gravitationswellen im Jahr 2015 durch die LIGO- und Virgo-Detektoren markierte einen Wendepunkt in der Astronomie und eröffnete ein neues Fenster zum Universum. Diese Wellen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten und die Raumzeit selbst verzerren, sind ein direktes Ergebnis von beschleunigten Massen, wie sie bei der Kollision Schwarzer Löcher oder Neutronensterne auftreten. Die Messung dieser winzigen Verzerrungen, die selbst den Durchmesser eines Protons um ein Vielfaches unterschreiten, ist eine bemerkenswerte technische Leistung. Die Forschung deutet darauf hin, dass Gravitationswellen, die aus der Frühzeit des Universums stammen, unbeeinflusst durch Materie reisen und somit tiefere Einblicke in die allerersten Momente nach dem Urknall ermöglichen könnten, als dies mit elektromagnetischer Strahlung möglich wäre, die durch die Rekombinationsära etwa 400.000 Jahre nach dem Urknall blockiert wird.