„Verbotene“ Diskrepanz: Nach einer neuen Messung kann Materie im Kosmos gleichmäßiger verteilt werden, als sie sollte. Es ist gut acht Prozent homogener als das Standardmodell für kosmologische Modelle und Hintergrundstrahlung. Dies könnte auf eine „neue Physik“ jenseits des Standardmodells hinweisen – laut Astronomen aber auch auf einen systematischen Fehler. Weitere Messungen sollten die Antwort liefern.
Ob Galaxien, Dunkle Materie oder Riesenmaterie Freiraum: Nach der gegenwärtigen Theorie führt die Verteilung der Materie im heutigen Kosmos zu kleinen Dichteschwankungen im frühen Universum, die dann durch kosmische Expansion verursacht werden verstärkt und haben erweitert. Inwieweit die Verteilung der Materie homogen oder inhomogen wurde, wird durch das kosmologische Standardmodell beschrieben. Die Kontrolle dieser Prognosen ist jedoch nicht einfach – und hat in den letzten Jahren immer mehr Kontroversen ausgelöst.
Geheimnisvolle Abweichungen
Problem: Ähnlich wie bei Erweiterung Die Werte für die Verteilung der Materie variieren erheblich – je nachdem, ob Sie sie im heutigen oder im frühen Kosmos messen. An einem Ende des Bereichs befinden sich die Dichteschwankungen, die in auftreten kosmische Hintergrundstrahlung gelagert. Sie wurden mit den Messungen von gemessen Plankensatelliten Kurs.
Das andere Extrem ist die Messung der Verteilung von Materie im heutigen Kosmos basierend auf dem Effekt der Gravitationslinse. Die Schwerkraft der Massen im Vordergrund verursacht subtile Verzerrungen im Licht entfernter Galaxien. Das Ausmaß dieser kosmischen Verflechtung – enthalten in Form des sogenannten S8-Parameters – lässt dann Rückschlüsse auf die Dichte und Verteilung von sichtbarer und dunkler Materie in diesem Bereich zu.
Vor einigen Jahren zeigten solche Schermessungen jedoch Inkonsistenzen mit Planck-Werten: Die Dunkle Materie war nach Schwankungen der Hintergrundstrahlungsdichte gleichmäßiger verteilt als sie sollte.
8,3 Prozent homogener als erwartet
Diese Abweichung wird nun durch eine neue Messung bestätigt. Im Rahmen der Kilo-Scale-Studie verwendeten Astronomen das Very Large Telescope (VLT) in Chile, um die Auswirkungen der Scherung auf 31 Millionen Galaxien zu untersuchen. Die Umfrage deckt fünf Prozent des extragalaktischen Himmels ab und erstreckt sich bis zu zehn Milliarden Lichtjahre entfernt. Zu diesem Champion gehören auch Galaxien aus der kosmischen Jugend.
Ergebnis: Bei der zugrunde liegenden Materiedichte stimmen die neuen Daten mit Planck-Messungen überein, nicht jedoch beim S8-Scherwert, der angibt, wie stark die Materieschwankung bei einer bestimmten durchschnittlichen Dichte schwankt. Die Kilo-Grad-Umfrage hat einen S8-Wert von 0,766 – 8,3 Prozent unter den Planck-Werten. Nach der aktuellen Messung ist das Material fast zehn Prozent homogener verteilt als es nach dem Standardmodell und den Planck-Daten sein sollte.
Wird dunkle Energie stärker?
Dies vertieft die Diskrepanz mit den aus der Hintergrundstrahlung abgeleiteten Werten. „Dafür kann es mehrere Gründe geben“, erklärt Co-Autor Hendrik Hildebrandt von der Ruhr-Universität in Bochum. „Entweder wir oder eines der anderen Forschungskonsortien haben einen systematischen Fehler bei der Analyse der Daten gemacht – oder etwas stimmt nicht mit dem Standardmodell der Kosmologie.“
Tatsächlich gibt es eine alternative Theorie, die die Abweichungen erklären könnte. In diesem Modell ist Einsteins kosmologische Konstante nicht konstant, sondern ändert sich im Laufe der Zeit. Insbesondere wäre dies beispielsweise der Fall, wenn die Expansionskraft von Dunkle Energie hat seit den ersten Tagen des Universums zugenommen oder seine Dichte nimmt zu. Erste Daten Dies fanden Astronomen 2019 bei der Messung von entferntem Quarz.
Es sei aber noch zu früh, um das Standardmodell der Kosmologie abzulehnen, sagt Hildebrandt. Statistisch gesehen besteht eine Wahrscheinlichkeit von einem Prozent, dass sich der Datensatz in der Kiloskalenstudie mit Planck-Daten überschneidet.
Drei Messungen in der Zukunft könnten das Rätsel lösen
In den kommenden Jahren ist ersichtlich, ob Abweichungen auftreten oder bestätigt werden. Einerseits wird die endgültige Karte der Kilo Scale Survey innerhalb von ein bis zwei Jahren verfügbar sein, die einen 30 Prozent größeren Teil des Himmels als die aktuellen Daten enthält. Darüber hinaus werden in naher Zukunft zwei weitere Messungen die kosmische Scherung durch Gravitationslinsen messen – der ESA-Euklid-Satellit und das Ruby-Teleskop in Chile.
„Diese Beobachtungen werden die erste Studie über schwache Linsen am Himmel durchführen und sich in Bezug auf Feldtiefe und räumliche Auflösung ergänzen“, erklären die Projektforscher im Kilomaßstab. Die Ergebnisse aller drei Umfragen können dann zeigen, ob das kosmologische Standardmodell korrekt ist oder ob sich das Universum anders verhält als Einstein und seine vorgeschlagenen Nachkommen. „Eines ist klar, wir leben in aufregenden Zeiten!“, Sagt Hildebrandt. (Astronomie und Astrophysik, Preprints)
Quelle: Universität Ruhr Bochum
