Wo kommen wir her? Und sind wir allein im Universum? Es sind die existenziellen Fragen, denen James Peebles, Michel Mayor und Didier Queloz ihre Forschung gewidmet haben. Auf der Suche nach Antworten haben sie nicht nur die Entstehung des Universums mit seinen Milliarden Galaxien und Galaxienhaufen hinterfragt, sie wagten es auch, die Besonderheit der Erde zu entzaubern. "Begründer des goldenen Zeitalters der Kosmologie" seien sie. Deshalb erhalten die drei Kosmologen dieses Jahr den Nobelpreis in Physik.

Doch beginnen wir ganz am Anfang, beim Urknall. Er ist die verlässlichste Erklärung dafür, wie Materie, Raum und Zeit einst entstanden sind. Vor etwa 13,8 Milliarden Jahren, so die gängige Vorstellung. Was in jenem Moment genau geschah, ist nicht zu sagen. Aber es gab wohl zunächst nicht mehr als eine heiße, ungeordnete Plasmasuppe aus Protonen, Elektronen und Photonen. Es dauerte etwa 380.000 Jahre, bis sich alles so weit abgekühlt hatte, dass Wasserstoff- und Heliumatome entstehen konnten, woraufhin Photonen endlich frei waren und Licht begann, ungehindert durch den Raum zu fliegen: Diese ersten Strahlen reichen bis ins Heute.

Der Urknall glüht also nach. Zwar nur sehr schwach, aber dennoch konnten die Forscher Arno Penzias und Robert Wilson das im Jahr 1964 messen. Sie empfingen mit einer Antenne Signale aus dem Weltraum, ein konstantes Rauschen, das sie sich nicht erklären konnten. Für den Nachweis dieser Hintergrundstrahlung erhielten sie 1978 einen Nobelpreis. Dabei war es James Peebles von der Princeton-Universität in New Jersey, der ihnen die Erklärung für ihre Entdeckung lieferte. 

Der Kanadier hatte mit seinem Doktorvater Robert Henry Dicke die kosmische Mikrowellenstrahlung in den Sechzigerjahren vorausgesagt. Er war überzeugt: Es müsse eine überall existierende kosmische Strahlung geben, die gleichmäßig aus allen Richtungen vom Weltall auf die Erde trifft, weil sie durch den Urknall entstanden ist. Er hatte recht und sollte noch öfter recht behalten. Denn die Vorhersage der Sechzigerjahre war bloß seine erste wesentliche Erkenntnis.

Die Hintergrundstrahlung sagt zunächst nur aus, dass das Universum gleichförmig ist. Wie aber haben sich Galaxien gebildet? Peebles entwickelte also die Theorie, dass sich in der Strahlung Unregelmäßigkeiten messen lassen müssten, die gewissermaßen die Saatkörner für größere Materiegewächse sind. Als einer der ersten erstellte er entsprechende Simulationen am Computer und stellte fest: Wenn man etwas nicht ganz Gleichförmiges sich selbst überlässt, können sich daraus Strukturen bilden. In den frühen Achtzigerjahren haben Forscher basierend auf dieser Annahme dann gezeigt, dass es diese Strukturen wirklich gibt.

Das kosmische Netz war entdeckt, was die nächste Schlussfolgerung mit sich brachte – an der erneut Peebles maßgeblich beteiligt war: Wir sehen eigentlich viel zu wenig in der Strahlung, als das allein daraus so viele Galaxien in so kurzer Zeit entstanden sein können. Da muss noch etwas sein, dachte der Kosmologe. Neutrinos, vermuteten manche. Doch die Theorie ging nicht auf. Im Jahr 1982 war es wieder Peebles, der die neue durchschlagende Idee hatte: Es könnte ein Elementarteilchen sein, das wir noch gar nicht kennen. Ein Teilchen, das schwer und langsam ist, also kalt statt heiß wie Neutrinos. Die kalte Dunkle Materie war in der Welt.

Es gibt mehr, als zu sehen ist

Mit Peebles theoretischen Werkzeugen und Berechnungen begann eine neue Ära der modernen Kosmologie. "Er hat dafür gesorgt, dass das Urknallmodell von dem Szenario wie es Einstein, Lemaître und Hubble entwickelt haben, zu einem kohärenten Modell der Kosmologie bis hin zur Entstehung von Galaxien und der großräumigen Struktur wurde", sagt der Astrophysiker Matthias Steinmetz vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam. Somit konnten Forscherinnen und Wissenschaftler endlich mit großer Sicherheit sagen, wie alt das Universum ist, was aus ihm werden wird und das wohl nur fünf Prozent des Universums aus Atomen und Molekülen bestehen, den Rest machen nach jetziger Kenntnis Dunkle Materie (etwa 25 Prozent) und Dunkle Energie (70 Prozent) aus. Bislang hat die allerdings niemand nachgewiesen. Fest steht nur, dass es da draußen mehr gibt, als Astronomen sehen können.

Die Theorie des kanadischen Kosmologen, dem die Nobeljury eine Hälfte des Preisgeldes zuerkennt, lieferte also die Grundlage für das moderne Verständnis der Geschichte unseres Universums, vom Urknall bis zur Gegenwart – inklusive neuer Rätsel. "Dieser Nobelpreis ist eher eine Ehrung für ein Lebenswerk", sagt Astrophysiker Steinmetz.

So weit, so gut. Doch wie fügt sich die Menschheit in dieses große Ganze ein? Sind wir wirklich allein in diesem riesigen, sich ausdehnenden Universum? Diesem nicht minder großen Thema ist die zweite Hälfte des diesjährigen Nobelpreises in Physik gewidmet. So haben die Schweizer Astronomen Michel Mayor und Didier Queloz im Jahr 1995 etwas entdeckt, was viele bis dahin für unmöglich hielten: einen riesigen Planeten, der einen sonnenähnlichen Stern fern unseres eigenen Sonnensystems umkreist – einen Exoplaneten.

Die beiden Forscher von der Uni Genf hätten "ein Bild des Universums gezeichnet, das weit sonderbarer und weit schöner ist, als wir es uns jemals hätten vorstellen können", begründet das Nobelkomitee seine Entscheidung. Die Suche nach einer zweiten Erde konnte beginnen.