Nach unserem besten Verständnis dehnt sich das Universum aus, und zwar mit zunehmender Geschwindigkeit. Es wird angenommen, dass dies durch die sogenannte „kosmologische Konstante“ verursacht wird, die erstmals von Albert Einstein in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorgeschlagen wurde. In den letzten Jahrzehnten ist sie als dunkle Energie bekannt geworden und man geht davon aus, dass sie etwa 70 % des Universums ausmacht.
Ausschlaggebend für diese Entdeckung waren Untersuchungen von Supernovae vom Typ Ia: explodierende Weiße Zwergsterne. Man geht davon aus, dass diese eine bestimmte Lichtmenge aussenden, was es den Astronomen ermöglicht, ihre Entfernungen sehr genau zu bestimmen und so die Ausdehnung des Universums zu verfolgen. Diese Arbeit erhielt 2011 den Nobelpreis für Physik.
Es wird angenommen, dass die beschleunigte Expansion des Universums auf Unterdruck zurückzuführen ist, eine ungewöhnliche Eigenschaft der Dunklen Energie, die es ihr ermöglicht, die Anziehungskraft der Schwerkraft zu überwinden. Die genaue Natur der dunklen Energie bleibt jedoch ein Rätsel. Es kann nicht mit unserer besten Theorie über die Grundkomponenten des Universums erklärt werden, die als Standardmodell der Teilchenphysik bekannt ist.
Es ist jedoch ein wesentlicher Bestandteil einer anderen Theorie, die erklären soll, wie das Universum im großen Maßstab entstanden ist. Dies ist das Standardmodell der Kosmologie, auch Lambda-Modell der kalten dunklen Materie (ΛCDM) genannt.
Weitere Beobachtungsbeweise, die die Existenz dunkler Energie belegen, sind Schwankungen der Temperatur des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB), das „Nachglühen des Urknalls“ und der Einfluss von akustischen Baryonenoszillationen (BAO), Schallwellen aus dem frühen Universum, auf die Verteilung von Galaxien.
Doch das ΛCDM-Modell ist mit dem Aufkommen neuer Daten zunehmend in den Fokus gerückt. Auf einer von der Royal Society of the United Kingdom organisierten Konferenz wurden neu auftretende Risse im kosmologischen Standardmodell diskutiert. Es wurde festgestellt, dass die Erfolge des Modells in der Vergangenheit möglicherweise teilweise auf einen „Bestätigungsbias“ zurückzuführen sind: die unbewusste Tendenz, Informationen zu bevorzugen, die unsere bestehenden Überzeugungen stützen, und Informationen, die diese in Frage stellen, weniger Aufmerksamkeit zu schenken.
Defekter Rahmen?
Die meisten Kosmologen lassen sich von dieser Kritik nicht überzeugen und lassen sich stattdessen durch zahlreiche Belege davon überzeugen, dass sich die Expansion des Universums beschleunigt.
Alle diese Analysen, beispielsweise des CMB oder des BAO, werden jedoch unter Verwendung einer speziellen Lösung der Einstein-Gleichungen durchgeführt, die als FLRW-Framework (Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker) bezeichnet wird. Dies ist eine Beschreibung der Raumzeit, die vom „kosmologischen Prinzip“ ausgeht, das heißt, dass das Universum im Durchschnitt homogen und isotrop ist (in alle Richtungen gleich aussieht).
Unsere aktuelle Studie hat jedoch Beweise gefunden, die das FLRW-Modell verfälschen und Ergebnisse liefern, die zeigen, dass das Universum asymmetrisch oder unausgeglichen ist. Wir glauben, dass dies eine grundlegende Herausforderung für die Dunkle Energie darstellt, da die Grundlage standardmäßiger Analysen kosmologischer Daten untergraben wird.
Hinweise auf dunkle Energie stammen zum Teil aus Studien zu Temperaturschwankungen im kosmischen Mikrowellenhintergrund, dem Nachglühen des Urknalls. Das und die Planck-Zusammenarbeit
Die Beobachtung, dass das Universum möglicherweise aus dem Gleichgewicht geraten könnte, wird als kosmische Dipolanomalie bezeichnet. Diese Anomalie kann nicht durch Anpassen der Parameter im ΛCDM-Modell behoben werden. Es ist notwendig, noch einmal von vorne zu beginnen, um ein Modell des Universums zu erstellen, das auf Beobachtungen und nicht auf philosophischen Prinzipien basiert.
Der mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Astrophysiker Jim Peebles sagte, dass die kosmische Dipolanomalie ebenso gut bekannt sei wie eine andere kosmologische Unregelmäßigkeit, die als Hubble-Stamm bekannt ist. Er stellt jedoch fest, dass die kosmische Dipolanomalie nur einen Bruchteil des Interesses erhalten hat, das der Hubble-Stamm auf sich gezogen hat.
Mit meinen Mitarbeitern Mohamed Rameez und seinem Doktoranden Animesh Sah am Tata Institute of Fundamental Research in Mumbai haben wir auch gezeigt, dass die Beschleunigung der Expansion des Universums, die aus Supernovae vom Typ Ia abgeleitet wird, nicht in alle Richtungen gleich ist.
Das Supernova-Signal stimmt in erster Linie mit einem Temperaturunterschied im Nachglühen des Urknalls überein: dem kosmischen Mikrowellenhintergrund. Es wird angenommen, dass dieser Temperaturunterschied, CMB-Dipolanisotropie genannt, auf die lokale Bewegung des Sonnensystems zurückzuführen ist.
„Neigte Beobachter“
Daher kann die vermutete Beschleunigung von Supernovae nicht auf dunkle Energie zurückzuführen sein. Vielmehr ist es wahrscheinlich eine Illusion, denn wir sind „geneigte Beobachter“. Dies ist auf die spezifische Lage der Erde im Kosmos zurückzuführen, wo unsere Nachbargalaxien an einer großräumigen lokalisierten Strömungsbewegung namens Massenfluss beteiligt sind.
Der Zusammenhang zwischen der intrinsischen Helligkeit von Supernovae vom Typ Ia und ihrer Entfernung war entscheidend für die Idee der Dunklen Energie. Allerdings ist dieser Zusammenhang möglicherweise nicht so stark wie ursprünglich angenommen.
Astronomen in Südkorea haben Beweise dafür gefunden, dass das Alter der Weißen Zwerge, die Supernovae vom Typ Ia (ihre Vorläufer) produzieren, ihre Helligkeit beeinflusst. Dies wurde jedoch von einem anderen Team in Frage gestellt.
Wenn wir die Abhängigkeit der intrinsischen Helligkeit vom Alter des Vorläufers korrigieren, ist das ein Hinweis darauf, dass das Universum eher langsamer als beschleunigt wird.
Das ist genau das, was man von einem Universum ohne dunkle Energie erwartet. Aber es wird die meisten Kosmologen überraschen, die glauben, dass es überzeugende unabhängige Beweise für ΛCDM gibt, insbesondere aus CMB-Studien. Die Temperaturschwankungen des CMB werden jedoch nicht durch dunkle Energie beeinflusst. Sie hängen vielmehr mit der räumlichen Krümmung des Universums, der Baryonendichte und der Dichte der Dunklen Materie zusammen.
Ob dunkle Energie eine gültige Schlussfolgerung bleibt, hängt daher davon ab, ob die Verteilung der Materie im Universum wirklich isotrop ist, also in alle Richtungen genau gleich. Beobachtungen deuten auf das Gegenteil hin. Sollten sich diese Ergebnisse bestätigen, könnten sie einen Paradigmenwechsel in der Kosmologie signalisieren.