Kosmische Strings

Kosmische Strings sind ein theoretisches Konzept aus der Teilchenphysik und Kosmologie. Es handelt sich um fadenförmige Defekte in der Raumzeit, die beim Abkühlen des Universums nach dem Urknall entstanden sein könnten. Vergleichbar mit Rissen, die sich in einem Eisblock beim Gefrieren bilden, wären kosmische Strings Relikte eines Phasenübergangs in den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Big Bang.

Die Theorie sagt voraus, dass kosmische Strings extrem dünn sind (schmaler als ein Atomkern), dabei aber eine ungeheure Masse pro Längeneinheit besitzen. Ein Zentimeter eines kosmischen Strings könnte so viel wiegen wie ein Gebirge auf der Erde. Diese enorme Massendichte würde das Licht in der Umgebung ablenken und charakteristische Gravitationslinseneffekte erzeugen. Astronomen suchen deshalb nach doppelten Abbildungen weit entfernter Galaxien, die auf die Anwesenheit eines Strings hindeuten könnten.

Bisher wurde kein kosmischer String beobachtet. Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung durch die Planck-Mission haben die mögliche Energiedichte kosmischer Strings stark eingeschränkt, die Hypothese aber nicht vollständig widerlegt. In der Science-Fiction tauchen kosmische Strings gelegentlich als exotische Phänomene auf. In Star Trek: The Next Generation wird ein kosmischer String als astrophysikalische Gefahr thematisiert, und in Alastair Reynolds' Revelation-Space-Universum spielen ähnliche großskalige Strukturen eine Rolle.

Kosmische Strings entstehen in der Theorie durch den spontanen Symmetriebruch im frühen Universum, ähnlich wie sich in abkühlendem Eis Risse bilden. In der modernen Supersymmetrie und in der Stringtheorie gibt es Varianten, sogenannte kosmische Superstrings, die fundamental mit den Strings der Stringtheorie zusammenhängen könnten. Diese wären prinzipiell stabil und über kosmische Zeiträume erhalten. Der geplante Gravitationswellen-Detektor LISA könnte Signale von oszillierenden kosmischen String-Schleifen aufspüren, da diese beim Einrollen und Kollidieren Gravitationswellen charakteristischer Form abstrahlen.

Ein besonders faszinierender Effekt wäre die Gravitationslinse eines kosmischen Strings. Anders als ein punktförmiges Objekt, das Licht rund um sich herum ablenkt, würde ein gerader String die Raumzeit seitlich komprimieren und doppelte Abbilder entfernter Objekte erzeugen, die sich in einer geraden Linie aneinanderreihen. Astronomen suchen genau nach solchen linearen Bildpaaren in Galaxiensurveys. Mehrere Kandidaten wurden gemeldet, aber bislang nicht bestätigt.

Für die Science Fiction haben kosmische Strings eine fast mythologische Qualität: unvorstellbar lang, unvorstellbar dünn, unvorstellbar schwer, und praktisch unsichtbar. Sie wären Relikte einer Epoche, die älter ist als alle Atome im Universum. Greg Egan hat in Diaspora Strukturen ähnlicher Art als narrative Vorwände genutzt, um die Physik des frühen Universums zu erkunden. Das Konzept hat die eigenartige Eigenschaft, zugleich mathematisch präzise und empirisch nicht greifbar zu sein, was es zum perfekten Werkzeug für Hard-SF-Autoren macht.