In der Kosmologie ist etwas im Gange, das uns möglicherweise dazu zwingt, einige Lehrbücher neu zu schreiben. Es dreht sich alles um die Messung der Expansion des Universums, die offensichtlich ein wichtiger Bestandteil unseres Verständnisses des Kosmos ist.
Die Expansion des Universums wird durch zwei Dinge reguliert: Dunkle Energie und Dunkle Materie. Sie sind wie das Yin und Yang des Kosmos. Der eine treibt die Expansion an, der andere bremst die Expansion. Dunkle Energie treibt das Universum an, sich ständig auszudehnen, während Dunkle Materie die Schwerkraft liefert, die diese Expansion verlangsamt. Und bis jetzt schien Dark Energy eine konstante Kraft zu sein, die niemals schwankte.
Wie ist das bekannt? Also, die Kosmischer Mikrowellen-Hintergrund (CMB) ist eine Möglichkeit, die Ausdehnung zu messen. Das CMB ist wie ein Echo aus den frühen Tagen des Universums. Es sind die Beweise, die etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall zurückgelassen wurden, als sich die Expansionsrate des Universums stabilisierte. Das CMB ist die Quelle für das meiste, was wir über Dunkle Energie und Dunkle Materie wissen. (Sie können das CMB selbst hören, indem Sie ein Haushaltsradio einschalten und auf Rauschen einstellen. Ein kleiner Prozentsatz dieses Rauschens stammt vom CMB. Es ist, als würde man das Echo des Urknalls hören.)
Der CMB wurde ziemlich gründlich gemessen und untersucht, vor allem von den ESAs Planck-Observatorium , und durch die Wilkinson Mikrowellen-Anisotropie-Sonde (WMAP). Insbesondere der Planck hat uns eine Momentaufnahme des frühen Universums gegeben, die es Kosmologen ermöglicht hat, die Expansion des Universums vorherzusagen. Aber unser Verständnis der Expansion des Universums kommt nicht nur aus dem Studium des CMB, sondern auch aus der Hubble-Konstante.
Die Hubble-Konstante ist nach Edwin Hubble benannt, einem amerikanischen Astronomen, der beobachtete, dass die Expansionsgeschwindigkeit von Galaxien durch ihre Rotverschiebung bestätigt werden kann. Hubble hat auch beobachtet Cepheid-Variable Sterne, eine Art Standardkerze, die uns zuverlässige Messungen der Entfernungen zwischen Galaxien ermöglicht. Die Kombination der beiden Beobachtungen, der Geschwindigkeit und der Entfernung, ergab ein Maß für die Ausdehnung des Universums.
Wir hatten also zwei Möglichkeiten, die Expansion des Universums zu messen, und sie stimmen größtenteils überein. Es gab Abweichungen zwischen den beiden von wenigen Prozentpunkten, aber das lag im Bereich der Messfehler.
Aber jetzt hat sich etwas geändert.
In einem neuen Artikel haben Dr. Adam Riess von der Johns Hopkins University und sein Team über eine strengere Messung der Expansion des Universums berichtet. Riess und sein Team nutzten das Hubble-Weltraumteleskop, um 18 Standardkerzen in ihren Wirtsgalaxien zu beobachten, und haben einen Teil der Unsicherheit verringert, die in früheren Studien von Standardkerzen inhärent war.
Das Ergebnis dieser genaueren Messung ist, dass die Hubble-Konstante verfeinert wurde. Und das wiederum hat den Unterschied zwischen den beiden Methoden zur Messung der Expansion des Universums vergrößert. Die Lücke zwischen dem, was uns die Hubble-Konstante als Expansionsrate mitteilt, und dem, was die CMB, gemessen von der Planck-Raumsonde, als Expansionsrate angibt, beträgt jetzt 8 %. Und 8% ist eine zu große Abweichung, um als Messfehler wegerklärt zu werden.
Die Folge davon ist, dass wir möglicherweise unser Standardmodell der Kosmologie überarbeiten müssen, um dies irgendwie zu berücksichtigen. Und im Moment können wir nur erahnen, was geändert werden muss. Es gibt jedoch mindestens ein paar Kandidaten.
Es könnte um Dunkle Materie zentriert sein und wie sie sich verhält. Es ist möglich, dass Dunkle Materie von einer Kraft im Universum beeinflusst wird, die auf nichts anderes einwirkt. Da über Dark Matter so wenig bekannt ist und der Name selbst kaum mehr als ein Platzhalter für etwas ist, über das wir fast nichts wissen, könnte es das sein.
Oder es könnte etwas mit Dark Energy zu tun haben. Auch sein Name ist eigentlich nur ein Platzhalter für etwas, über das wir fast nichts wissen. Vielleicht ist Dark Energy nicht konstant, wie wir dachten, sondern verändert sich im Laufe der Zeit, um jetzt stärker zu werden als in der Vergangenheit. Das könnte die Diskrepanz erklären.
Eine dritte Möglichkeit besteht darin, dass Standardkerzen nicht die zuverlässigen Entfernungsindikatoren sind, für die wir sie hielten. Wir haben unsere Maße für Standardkerzen bereits verfeinert, vielleicht werden wir es wieder tun.
Wohin dies alles führt, kann an dieser Stelle spekuliert werden. Die Expansionsgeschwindigkeit des Universums hat sich zuvor geändert; Vor etwa 7,5 Milliarden Jahren beschleunigte sie sich. Vielleicht ändert es sich gerade jetzt in unserer Zeit wieder. Da Dark Energy sogenannten leeren Raum einnimmt, wird vielleicht mehr davon im Laufe der Expansion geschaffen. Vielleicht erreichen wir einen weiteren Kipp- oder Balancepunkt.
Sicher ist nur, dass es ein Mysterium ist. Eine, die wir unbedingt verstehen wollen.
