Eine neue Art von Dunkler Energie als Lösung für widersprüchliche Messungen

Das Hubble Ultra Deep Field, aufgenommen im Jahr 2012. (Credits: NASA, ESA, R. Ellis (Caltech), and the HUDF 2012 Team)
Das Hubble Ultra Deep Field, aufgenommen im Jahr 2012. (Credits: NASA, ESA, R. Ellis (Caltech), and the HUDF 2012 Team)

Das Universum entstand durch eine gigantische Explosion: der Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren – und dann begann es zu expandieren. Die Expansion geht noch weiter. Es dehnt sich in alle Richtungen aus, wie ein sich füllender Ballon.

Physiker stimmen darin weitgehend überein, aber etwas stimmt nicht. Die Messung der Expansionsrate des Universums auf verschiedene Weisen führt zu unterschiedlichen Ergebnissen. Stimmt also etwas mit den Messmethoden nicht? Oder geht im Universum etwas vor, das Physiker noch nicht entdeckt und daher auch noch nicht berücksichtigt haben?

Es könnte sehr gut Letzteres der Fall sein, sagen mehrere Physiker, zum Beispiel Martin S. Sloth, Professor für Kosmologie an der University of Southern Denmark. In einem neuen Fachartikel schlagen er und sein Kollege, der Postdoktorand Florian Niedermann, die Existenz einer neuen Art von Dunkler Energie im Universum vor. “Wenn man sie in die verschiedenen Berechnungen der Expansion des Universums einbezieht, gleichen sich die Ergebnisse mehr. Ein neuer Typ von Dunkler Energie kann das Problem der widersprüchlichen Berechnungen lösen”, sagte Sloth.

Widersprüchliche Messungen

Wenn Physiker die Expansionsrate des Universums berechnen, stützen sie ihre Berechnung auf die Vermutung, dass das Universum aus Dunkler Energie, Dunkler Materie und gewöhnlicher Materie besteht. Bis vor kurzer Zeit passten alle Beobachtungen in ein solches Modell des Aufbaus des Universums aus Materie und Energie, aber das ist nicht länger der Fall.

Wenn man die neuesten Daten von Messungen an Supernovae und an der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung betrachtet, ergeben sich widersprüchliche Resultate. Die beiden Methoden führen einfach zu unterschiedlichen Werten für die Expansionsrate.

“In unserem Modell stellen wir fest, dass es sowohl die Messungen der Hintergrundstrahlung als auch die der Supernovae gleichzeitig und ohne Widerspruch erklären würde, wenn es im jungen Universum eine neue Art von zusätzlicher Dunkler Energie gäbe”, sagte Sloth.

Von einer Phase in die nächste

“Wir vermuten, dass die Dunkle Energie im jungen Universum in einer anderen Phase existierte. Man kann es damit vergleichen, wenn Wasser abgekühlt wird und es einen Phasenübergang zu Eis mit geringerer Dichte durchläuft”, sagte Sloth. “Auf ähnliche Weise erfährt die Dunkle Energie in unserem Modell einen Übergang in eine neue Phase mit einer geringeren Energiedichte, was die Auswirkungen der Dunklen Energie auf die Expansion des Universums verändert.”

Sloths und Niedermanns Berechnungen zufolge ergänzen sich die Ergebnisse, wenn man sich vorstellt, dass die Dunkle Energie einen Phasenübergang durchlief, der durch die Expansion des Universums ausgelöst wurde.

Ein gewaltiger Prozess

“Es ist ein Phasenübergang, bei dem viele Blasen der neuen Phase plötzlich auftauchen, und wenn diese Blasen expandieren und kollidieren, ist der Phasenübergang abgeschlossen. In einem kosmischen Maßstab ist es ein gewaltiger quantenmechanischer Prozess”, erklärte Sloth.

Heute wissen wir, woraus etwa 20 Prozent der Materie des Universums bestehen: Es ist die Materie, aus der wir, die Planeten und Galaxien aufgebaut sind. Das Universum enthält auch Dunkle Materie, von der niemand weiß, was sie ist. Außerdem gibt es im Universum noch Dunkle Energie. Es ist die Energie, die das Universum expandieren lässt und macht etwa 70 Prozent der Energiedichte des Universums aus.

Quelle

(THK)

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