Seit fast einem Jahrhundert haben Astronomen verstanden, dass sich das Universum in einem Zustand der Expansion befindet. Seit den 1990er Jahren haben sie verstanden, dass sich das Expansionstempo vor vier Milliarden Jahren beschleunigt hat. Während dies fortschreitet und sich die Galaxienhaufen und Filamente des Universums weiter auseinander bewegen, vermuten Wissenschaftler, dass die mittlere Temperatur des Universums allmählich sinken wird.
Aber nach neuen Forschungen unter der Leitung des Zentrum für Kosmologie und Astroteilchenphysik (CCAPP) an der Ohio State University scheint es, dass das Universum im Laufe der Zeit tatsächlich heißer wird. Nach der Untersuchung der thermischen Geschichte des Universums in den letzten 10 Milliarden Jahren kam das Team zu dem Schluss, dass die mittlere Temperatur des kosmischen Gases um mehr als das Zehnfache angestiegen ist und heute etwa 2,2 Millionen K (~2,2 °C; 4 Millionen °F) erreicht hat.
Die Studie, die ihre Ergebnisse beschreibt, “ Die kosmische thermische Geschichte, die von der Sunyaev-Zeldovich-Effekt-Tomographie untersucht wurde “, erschien vor kurzem inDas Astrophysikalische Journal. Die Studie wurde von Yi-Kuan Chiang, einem Forschungsstipendiat am CCAP, geleitet und umfasste Mitglieder der Kavli-Institut für Physik und Mathematik des Universums (Kavli IPMU), Die Johns Hopkins University , und der Max-Planck-Institut für Astrophysik .
Ein künstlerisches Konzept der Planck-Raumsonde. Credits: ESA/NASA/JPL-Caltech
Für ihre Studie untersuchte das Team thermische Daten der Large-Scale Structure (LSS) des Universums. Dies bezieht sich auf Muster von Galaxien und Materie auf den größten kosmischen Skalen, die das Ergebnis des Gravitationskollapses von Dunkler Materie und Gas sind. Wie Dr. Chiang in einer Ohio State Nachrichten Veröffentlichung:
„Unsere neue Messung ist eine direkte Bestätigung der bahnbrechenden Arbeit von Jim Peebles – dem Nobelpreisträger für Physik 2019 – der die Theorie zur Entstehung der großräumigen Struktur im Universum dargelegt hat. Während sich das Universum entwickelt, zieht die Schwerkraft dunkle Materie und Gas im Weltraum zu Galaxien und Galaxienhaufen zusammen. Der Widerstand ist heftig – so heftig, dass immer mehr Gas aufgewirbelt und erhitzt wird.“
Um die thermischen Veränderungen der letzten 10 Milliarden Jahre zu messen, kombinierten Chiang und seine Kollegen Daten der ESA Planck Infrarot-Astronomischer Satellit und der Sloan Digital Sky Survey (SDSS). WohingegenPlanckwar die erste europäische Mission zur Messung der Temperatur des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB), SDSS ist eine massive multispektrale Vermessung, die die detailliertesten 3D-Karten des Universums erstellt hat.
Aus diesen Datensätzen korrelierte das Team acht vonPlanckHimmelsintensitätskarten mit zwei Millionen spektroskopischen Rotverschiebungsreferenzen aus dem SDSS. Durch die Kombination von Rotverschiebungsmessungen (die routinemäßig verwendet werden, um zu bestimmen, wie schnell sich Objekte von uns entfernen) und Temperaturschätzungen auf der Grundlage von Licht, verglich das Team die Temperatur weiter entfernter Gaswolken (zeitlich weiter zurück) mit denen, die näher an der Erde liegen.
All-Sky-Daten der Planck-Mission der ESA, die die verschiedenen Wellenlängen zeigen. Bildnachweis: ESA
Daraus konnte das Forscherteam bestätigen, dass die mittlere Temperatur von Gasen im frühen Universum (ca. 4 Milliarden nach dem Urknall) niedriger war als heute. Dies ist offensichtlich auf den gravitativen Kollaps der kosmischen Struktur im Laufe der Zeit zurückzuführen, ein Trend, der sich fortsetzen und intensivieren wird, wenn sich die Expansion des Universums weiter beschleunigt.
Als Chiang zusammengefasst , erwärmt sich das Universum aufgrund des natürlichen Prozesses der Galaxien- und Strukturbildung und hat nichts mit Temperaturänderungen hier auf der Erde zu tun:
„Bei der Entwicklung des Universums zieht die Schwerkraft dunkle Materie und Gas im Weltraum zu Galaxien und Galaxienhaufen zusammen. Der Widerstand ist heftig – so heftig, dass immer mehr Gas geschockt und erhitzt wird… Diese Phänomene passieren in sehr unterschiedlichen Ausmaßen. Sie sind überhaupt nicht verbunden.“
In der Vergangenheit haben viele Astronomen argumentiert, dass sich der Kosmos bei seiner Expansion weiter abkühlen würde, was unweigerlich dazu führen würde, dass die „ Große Chill “ (oder „Großer Frost“). Im Gegensatz dazu zeigten Chiang und seine Mitarbeiter, dass Wissenschaftler die Entwicklung der kosmischen Strukturbildung verfolgen können, indem sie „die Temperatur“ des Universums überprüfen.
Ein Ausschnitt der von BOSS erstellten 3D-Karte. Das Rechteck ganz links zeigt einen Ausschnitt von 1000 Quadratgrad am Himmel mit fast 120.000 Galaxien oder etwa 10 % der gesamten Durchmusterung. Bildnachweis: Jeremy Tinker/SDSS-III
Diese Ergebnisse könnten auch Auswirkungen auf Theorien haben, die „kosmische Abkühlung“ als ausgemachte Sache akzeptieren. Einerseits wurde vorgeschlagen, dass eine mögliche Lösung des Fermi-Paradoxons darin besteht, dass außerirdische Intelligenzen (ETIs) ruhen und darauf warten, dass sich das Universum verbessert (die Aestivationshypothese ).
Teilweise basierend auf der Thermodynamik des Rechnens (der Landauer-Prinzip ) argumentiert das Argument, dass fortschrittliche Arten mit der Abkühlung des Universums in der Lage wären, weit mehr aus ihren Megastrukturen herauszuholen. Wenn der Kosmos mit der Zeit heißer wird, bedeutet dies auch, dass die Entstehung von Leben aufgrund der erhöhten kosmischen Strahlung im Laufe der Zeit unwahrscheinlicher wird?
Angenommen, es gibt keinen Mechanismus zur Aufrechterhaltung eines bestimmten thermischen Gleichgewichts, würde dies bedeuten, dass das Universum nicht in einem „Big Chill“, sondern in einem „Big Blaze“ enden wird? Wie Robert Frost berühmt schrieb: „Einige sagen, die Welt wird in Feuer enden, andere sagen in Eis.“ Welche davon sich als richtig erweisen werden und welche Auswirkungen dies auf das Leben in der Zukunft haben könnte, wird die Zeit zeigen…
Weiterlesen: Ohio State Nachrichten , Das Astrophysikalische Journal