Dank einer neuen Analyse des kosmischen Mikrowellenhintergrunds blicken Sie noch weit zurück in die Vergangenheit.
Rätselfreunde wissen, dass der beste Weg, ein Rätsel zu lösen, darin besteht, die Szene, in der es begonnen hat, erneut zu betrachten und nach Hinweisen zu suchen. Um die Geheimnisse unseres Universums zu verstehen, versuchen Wissenschaftler, so weit wie möglich zum Urknall zurückzukehren. Eine neue Analyse der Strahlungsdaten des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB) durch Forscher des Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) hat den bisher weitesten Blick in die Vergangenheit geworfen - 100 Jahre bis 300.000 Jahre nach dem Urknall - und vermittelte verblüffende neue Hinweise auf Hinweise darauf, was passiert sein könnte.
Der Mikrowellenhimmel von Planck. Die fleckige Struktur des CMB, des ältesten Lichts im Universum, wird in den Regionen mit hohem Breitengrad der Karte angezeigt. Das zentrale Band ist die Ebene unserer Galaxie, die Milchstraße. Mit freundlicher Genehmigung der Europäischen Weltraumorganisation
„Wir haben festgestellt, dass das Standardbild eines frühen Universums, in dem auf die Strahlungsdominanz die Materiedominanz folgte, bis zu dem Grad Bestand hat, den wir mit den neuen Daten testen können, aber es gibt Hinweise darauf, dass die Strahlung nicht genau so der Materie gewichen ist erwartet “, sagt Eric Linder, theoretischer Physiker bei Berkeley Lab und Mitglied des Supernova Cosmology Project. "Es scheint einen übermäßigen Strahlungsstoß zu geben, der nicht auf CMB-Photonen zurückzuführen ist."
Unser Wissen über den Urknall und die frühe Entstehung des Universums beruht fast ausschließlich auf Messungen des CMB, primordialer Photonen, die freigesetzt werden, wenn sich das Universum so weit abkühlt, dass sich Strahlungsteilchen und Materieteilchen trennen können. Diese Messungen zeigen den Einfluss des CMB auf das Wachstum und die Entwicklung der großräumigen Struktur, die wir heute im Universum sehen.
In Zusammenarbeit mit Alireza Hojjati und Johan Samsing, die damals Wissenschaftler am Berkeley Lab besuchten, analysierte Linder die neuesten Satellitendaten der Planck-Mission der Europäischen Weltraumorganisation und der Wilkinson-Mikrowellenanisotropiesonde (WMAP) der NASA, die die CMB-Messungen auf eine höhere Auflösung und eine niedrigere Auflösung brachte Lärm und mehr Himmelsbedeckung als je zuvor.
"Mit den Planck- und WMAP-Daten gehen wir wirklich neue Wege und blicken in die Geschichte des Universums zurück, auf Gebiete der Hochenergiephysik, auf die wir bisher keinen Zugriff hatten", sagt Linder. "Während unsere Analyse zeigt, dass das CMB-Photonenrelikt nach dem Urknall erwartungsgemäß hauptsächlich von dunkler Materie gefolgt wird, gab es auch eine Abweichung vom Standard, die auf relativistische Partikel jenseits des CMB-Lichts hindeutet."
Laut Linder sind die Hauptverdächtigen hinter diesen relativistischen Partikeln "wilde" Versionen von Neutrinos, den phantomartigen subatomaren Partikeln, die die zweitgrößten Einwohner (nach Photonen) des heutigen Universums sind. Der Begriff "wild" wird verwendet, um diese primordialen Neutrinos von denjenigen zu unterscheiden, die in der Teilchenphysik erwartet und heute beobachtet werden. Ein weiterer Verdacht ist die Dunkle Energie, die Anti-Gravitationskraft, die die Expansion unseres Universums beschleunigt. Dies wäre jedoch wiederum die dunkle Energie, die wir heute beobachten.
"Frühe Dunkle Energie ist eine Klasse von Erklärungen für den Ursprung der kosmischen Beschleunigung, die in einigen Modellen der Hochenergiephysik auftritt", sagt Linder. „Während konventionelle dunkle Energie, wie die kosmologische Konstante, um die Zeit der letzten Streuung des CMB herum auf einen Teil einer Milliarde der Gesamtenergiedichte verdünnt wird, können frühe Theorien über dunkle Energie eine 1- bis 10-millionenfach höhere Energiedichte aufweisen. "
Laut Linder könnte die frühe dunkle Energie der Treiber gewesen sein, der sieben Milliarden Jahre später die gegenwärtige kosmische Beschleunigung verursachte. Seine tatsächliche Entdeckung würde nicht nur neue Erkenntnisse über den Ursprung der kosmischen Beschleunigung liefern, sondern möglicherweise auch neue Beweise für die Stringtheorie und andere Konzepte in der Hochenergiephysik liefern.
„Neue Experimente zur Messung der CMB-Polarisation, die bereits durchgeführt werden, wie die Teleskope POLARBEAR und SPTpol, werden es uns ermöglichen, die Urphysik weiter zu erforschen, sagt Linder.
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