Das Universum ist überall gleich, wo wir hinschauen. Sogar mehr, als Kosmologen vorhergesagt haben

Egal in welche Richtung Sie im Universum schauen, die Sicht ist im Grunde die gleiche, wenn Sie weit genug schauen. Unsere Nachbarschaft ist von hellen Nebeln, Sternhaufen und dunklen Gas- und Staubwolken bevölkert. In Richtung des Zentrums der Milchstraße gibt es mehr Sterne als in anderen Richtungen. Aber über Millionen und Milliarden von Lichtjahren hinweg häufen sich Galaxien gleichmäßig in alle Richtungen, und alles beginnt gleich auszusehen. In der Astronomie sagen wir, das Universum ist homogen und isotrop. Anders ausgedrückt: Das Universum ist glatt.

Der Rand des beobachtbaren Universums, abgebildet auf einer Himmelskugel. Quelle: Planck-Kollaboration

Dies bedeutet nicht, dass das Universum im großen Maßstab vollkommen glatt ist. Selbst am entferntesten Rand des sichtbaren Universums gibt es kleine Schwankungen. Die Beobachtung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB) zeigt geringfügige Temperaturschwankungen, die durch Bereiche höherer und niedrigerer Dichte verursacht werden, die im frühen Universum existierten. Genau das würden wir erwarten. Tatsächlich erlaubt uns das Ausmaß der CMB-Schwankungen, Dunkle Materie und Dunkle Energie messen.

Große Übersichten des Kosmos zeigen, dass er homogen ist. Credit: 2dF Galaxy Redshift-Umfrage

Auch die Verteilung der Galaxien ist nicht ganz glatt. Sie sind in Supercluster gruppiert, die durch Hohlräume mit meist leerem Raum getrennt sind. Die kleinen Dichtefluktuationen, die in der CMB beobachtet wurden, legten die Saat für die Bildung von Galaxienhaufen. Nach dem LCDM-Modell der Kosmologie wurden frühe Galaxien in dichtere Regionen gezogen. Als sich das Universum über Milliarden von Jahren ausdehnte, bildete sich die aktuelle Struktur von Superhaufen und Hohlräumen. Da die Größe der CMB-Cluster Galaxienhaufen hervorgebracht hat, ermöglichen uns Messungen der CMB, die Größe von Superclustern vorherzusagen. Mit anderen Worten, der Grad der Glätte im frühen Universum macht eine Vorhersage über die Glätte von Galaxienhaufen, die wir sehen sollten.

Aber eine neue Studie über Galaxien stellt fest, dass unsere Vorhersage nicht ganz mit dem übereinstimmt, was wir beobachten. Der Kilo-Degree Survey (oder KiDS) hat mehr als 31 Millionen Galaxien innerhalb von 10 Milliarden Lichtjahren kartiert. Die Untersuchung deckt etwa die Hälfte des Alters des Universums ab und gibt uns die Positionen dieser Galaxien und ihre statistische „Klumpigkeit“. Mit den KiDS-Daten hat ein Team herausgefunden, dass Galaxien etwa 10 % homogener sind als vorhergesagt. Das Universum ist glatter, als wir dachten, und es ist nicht klar, warum.

Teil der KiDS-Karte, die Variationen der kosmischen Dichte zeigt. Credit: B.Giblin, K.Kuijken und das KiDS-Team

Das Ergebnis ist zwar klar, aber nach strengen wissenschaftlichen Standards nicht besonders stark. Es besteht eine geringe Chance, dass Galaxien zufällig durch Zufall gleichmäßiger verteilt sind. Aber dieses Ergebnis könnte auch auf eine neue Physik oder einen Fehler in unserem aktuellen kosmologischen Modell hinweisen. Es gab einige Hinweise dieser Art. Genug, dass Astronomen beginnen, nach Alternativen zu suchen.

Aber im Moment ist die beste Option, weiterhin Daten zu sammeln. Die Antwort ist da draußen, und mit sorgfältigen Beobachtungen wie diesen werden wir sie irgendwann finden.

Referenz:Heymans, Catherine et al. “ KiDS-1000 Kosmologie: Schwache Gravitationslinsen mit mehreren Sonden und Einschränkungen bei der spektroskopischen Galaxienclusterbildung . 'arXiv-VordruckarXiv: 2007.15632 (2020).