Dunkle Energie wird als Treiber für die Expansion des Universums angesehen. Aber brauchen wir dunkle Energie, um ein expandierendes Universum zu erklären?
Bild über Brian Koberlein / Ein Universum nach dem anderen.
Unser Universum erweitert sich. Wir kennen das seit fast einem Jahrhundert, und moderne Beobachtungen stützen dies weiterhin. Unser Universum expandiert nicht nur, es expandiert auch immer schneller. Es bleibt jedoch die Frage, was diese kosmische Expansion antreibt. Die beliebteste Antwort ist das, was wir Dunkle Energie nennen. Aber brauchen wir dunkle Energie, um ein expandierendes Universum zu erklären? Vielleicht nicht.
Die Idee der dunklen Energie stammt aus einer Eigenschaft der allgemeinen Relativitätstheorie, die als kosmologische Konstante bekannt ist. Die Grundidee der allgemeinen Relativitätstheorie ist, dass die Anwesenheit von Materie https://briankoberlein.com/2013/09/09/the-attraction-of-curves/. Infolgedessen werden Licht und Materie von einfachen geraden Pfaden auf eine Art und Weise abgelenkt, die einer Gravitationskraft ähnelt. Das einfachste mathematische Modell in der Relativitätstheorie beschreibt nur diesen Zusammenhang zwischen Materie und Krümmung, aber es stellt sich heraus, dass die Gleichungen auch einen zusätzlichen Parameter, die kosmologische Konstante, zulassen, der dem Raum eine allgemeine Expansionsrate verleihen kann. Die kosmologische Konstante beschreibt die beobachteten Eigenschaften der Dunklen Energie perfekt und entsteht natürlich in der allgemeinen Relativitätstheorie. Daher ist es ein vernünftiges Modell, sie zu übernehmen.
In der klassischen Relativitätstheorie bedeutet das Vorhandensein einer kosmologischen Konstante einfach, dass die kosmische Expansion nur eine Eigenschaft der Raumzeit ist. Unser Universum wird aber auch von der Quantentheorie bestimmt, und die Quantenwelt spielt nicht gut mit der kosmologischen Konstante. Eine Lösung für dieses Problem ist, dass Quantenvakuumenergie die kosmische Expansion antreibt, aber in der Quantentheorie würden Vakuumschwankungen die kosmologische Konstante wahrscheinlich weit über das hinausgehen lassen, was wir beobachten. Daher ist dies keine sehr zufriedenstellende Antwort.
Trotz der unerklärlichen Verrücktheit der Dunklen Energie passt sie so gut zu Beobachtungen, dass sie Teil des Konkordanzmodells für die Kosmologie geworden ist, das auch als Lambda-CDM-Modell bekannt ist. Hier ist der griechische Buchstabe Lambda das Symbol für dunkle Energie und CDM steht für Cold Dark Matter.
In diesem Modell gibt es eine einfache Möglichkeit, die Gesamtform des Kosmos zu beschreiben, die als Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker-Metrik (FLRW) bezeichnet wird. Der einzige Haken dabei ist, dass davon ausgegangen wird, dass die Materie gleichmäßig im Universum verteilt ist. Im realen Universum ist die Materie zu Galaxienhaufen zusammengefasst, sodass die FLRW-Metrik nur eine Annäherung an die reale Form des Universums darstellt. Da die Dunkle Energie etwa 70% der Masse / Energie des Universums ausmacht, wird die FLRW-Metrik im Allgemeinen als gute Näherung angesehen. Aber was ist, wenn es nicht so ist?
Ein neues Papier argumentiert genau das. Da Materie zusammenklumpt, wäre der Raum in diesen Regionen stärker gekrümmt. In den großen Hohlräumen zwischen den Galaxienhaufen würde es weniger Raumkrümmung geben. In Bezug auf die Clusterregionen scheinen sich die Hohlräume ähnlich auszudehnen wie dunkle Energie. Mit dieser Idee führte das Team Computersimulationen eines Universums durch, bei denen dieser Cluster-Effekt anstelle von Dunkler Energie verwendet wurde. Sie fanden heraus, dass sich die Gesamtstruktur ähnlich wie bei Dunklenergiemodellen entwickelte.
Dies scheint die Vorstellung zu stützen, dass dunkle Energie ein Effekt von Galaxienhaufen sein könnte.
Es ist eine interessante Idee, aber es gibt Gründe, skeptisch zu sein. Solch eine Anhäufung kann sich zwar auf die kosmische Expansion auswirken, ist aber bei weitem nicht so stark, wie wir es beobachten. Während dieses spezielle Modell das Ausmaß zu erklären scheint, in dem die Galaxienhaufen auftreten, erklärt es keine anderen Effekte, wie die Beobachtung ferner Supernovae, die die Dunkle Energie stark unterstützen. Persönlich finde ich dieses neue Modell nicht sehr überzeugend, aber ich denke, Ideen wie diese sind es auf jeden Fall wert, erkundet zu werden. Wenn das Modell weiter verfeinert werden kann, könnte es einen weiteren Blick wert sein.
Aufsatz: Gabor Rácz et al. Konkordanzkosmologie ohne dunkle Energie. Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society: Letters DOI: 10.1093 / mnrasl / slx026 (2017)