Veränderlicher Cepheidenstern RS puppis. (NASA/ESA/Hubble Heritage Team/Hubble-Europe Collaboration/H. Bond) Es gibt ein Problem mit der Beschleunigung der Expansion des Universums.
Genauer gesagt gibt es ein Problem damit, wie wir die Beschleunigungsrate der Expansion des Universums messen Hubble-Konstante . Wir haben zwei Hauptmethoden zur Messung der Hubble-Konstante, und egal wie oft wir sie anwenden, sie liefern immer unterschiedliche Ergebnisse.
Dies hat einige zu der Annahme veranlasst, dass wir eine neue Physik benötigen, um die Diskrepanz zu erklären. Doch der theoretische Physiker Lucas Lombriser von der Universität Genf in der Schweiz hat einen anderen Ansatz entwickelt.
Wenn die Milchstraße in einem riesigen Hohlraum mit geringer Dichte im Weltraum schwebt, könnte das laut Lombriser erklären, warum die Messungen nicht übereinstimmen. Indem wir unsere Gleichungen anpassen, um diesen Dichteunterschied zu berücksichtigen, könnten wir die Messlücke erheblich verringern.
Doch bevor wir darauf eingehen, müssen wir kurz die beiden Messungen der Hubble-Konstante erläutern.
Die erste basiert auf der kosmischer Mikrowellenhintergrund (CMB), das schwache Leuchten der Hintergrundstrahlung, die das Universum durchdringt und von der Erde übrig geblieben ist Urknall . Der CMB wurde durch eine Reihe von Untersuchungen ziemlich umfassend kartiert, sodass wir wissen, dass er heißere und kühlere Regionen aufweist, die mit Expansionen und Kontraktionen der Materie im frühen Universum korrespondieren.
Diese können untersucht werden, um mehr über die Expansionsgeschichte des Universums zu erfahren. Basierend auf diesen Informationen liefern Berechnungen der Hubble-Konstante normalerweise ein Ergebnis in der Nähe von etwa 67,4 Kilometern pro Sekunde und Megaparsec.
Die andere Methode zur Ermittlung der Hubble-Konstante besteht darin, die Entfernungen zu Objekten mit bekannter Helligkeit zu messen, wie z. B. extrem helle Supernovae vom Typ Ia und Veränderliche Sterne der Cepheiden , ein Sterntyp, bei dem ein bekannter Zusammenhang zwischen seiner Helligkeit und seinen periodischen Pulsationen besteht.
Die Kenntnis ihrer absoluten Helligkeit ermöglicht es Astronomen, die Entfernung zu diesen Objekten zu berechnen, da die Helligkeit mit zunehmender Entfernung mit bekannter Geschwindigkeit abnimmt; Daher bezeichnen wir solche Objekte manchmal als Standardkerzen .
Diese letztere Methode liefert eine andere Expansionsrate als die, die wir erhalten, wenn wir den kosmischen Mikrowellenhintergrund betrachten. Supernovae vom Typ Ia habe kürzlich ein Ergebnis zurückgegeben von 72,8 Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec. Extragalaktische Cepheidenvariablen in Ia-Supernova-Wirtsgalaxien ergab ein noch wilderes Ergebnis - 74,03 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec.
„Diese beiden Werte wurden über viele Jahre hinweg immer präziser, unterschieden sich aber dennoch voneinander.“ Sagte Lombriser .
„Es brauchte nicht viel, um eine wissenschaftliche Kontroverse auszulösen und sogar die spannende Hoffnung zu wecken, dass wir es vielleicht mit einer ‚neuen Physik‘ zu tun hatten.“
Doch das Standard-Kerzenmodell hat eine Schwäche. Der Gleichungen Zur Berechnung der Raumausdehnung gehen wir von einer homogenen Massenverteilung im gesamten Universum aus. Im großen Maßstab trifft das wahrscheinlich mehr oder weniger zu, im kleineren Maßstab jedoch möglicherweise nicht.
Und das könnte sich darauf auswirken, wie sich der Raum um uns herum verhält. Denn wenn sich unsere Heimatgalaxie in einer Blase geringer Dichte befindet, würde die Anziehungskraft der Hülle mit höherer Dichte außerhalb der Blase den Galaxien, die sie anzieht, einen kleinen Beschleunigungsschub verleihen – sodass sie sich scheinbar schneller bewegen, als die Expansion des Universums vermuten lässt.
„Wenn wir uns in einer Art gigantischer ‚Blase‘ befänden“ Sagte Lombriser „Wo die Dichte der Materie deutlich geringer war als die bekannte Dichte für das gesamte Universum, hätte dies Auswirkungen auf die Entfernungen von Supernovae und letztendlich auf die Bestimmung der Hubble-Konstante.“
Das ist nicht das erste Mal Eine solche Dynamik wurde vorgeschlagen. Was Lombriser jedoch getan hat, ist, die Parameter der Blase, die zu dem beobachteten Effekt führen würden, mathematisch zu beschreiben.
Er berechnete, dass die Standardberechnungen der Hubble-Konstante für Kerzen besser mit der Hubble-Konstante des kosmischen Mikrowellenhintergrunds übereinstimmen würden, wenn wir uns in einer Raumblase mit einem Durchmesser von etwa 250 Millionen Lichtjahren und weniger als der Hälfte der Massendichte des sie umgebenden Raums befänden Berechnungen.
Und wir wissen, dass solche Hohlräume geringerer Dichte existieren, weil das Universum ein seltsam klumpiger Ort ist. Die Milchstraße ist direkt am Rande eines . Er hat einen Durchmesser von mindestens 150 Millionen Lichtjahren und vielleicht sogar 300 Millionen Lichtjahre.
Bevor wir jedoch verkünden können, dass das Rätsel gelöst wurde, müssen wir uns darüber im Klaren sein andere neuere Untersuchungen haben ergeben dass die lokale Struktur des Universums keinen Einfluss auf die Standardkerzenmessungen der Hubble-Konstante hat.
Das bedeutet immer noch nicht, dass wir eine neue Physik brauchen. Noch mehr Untersuchungen haben gezeigt, dass unsere Das Verständnis von Typ-Ia-Supernovae ist fehlerhaft und dass wir ihre Helligkeit möglicherweise falsch einschätzen. Eine andere Studie legt nahe, dass es auch eine andere Art davon gegeben haben könnte dunkle Energie das vorgesehen zusätzliche Beschleunigung im frühen Universum .
Aber Lombriser glaubt, dass seine Theorie Bestand hat.
„Die Wahrscheinlichkeit, dass es eine solche Schwankung in dieser Größenordnung gibt, liegt bei eins zu 20 bis eins zu fünf, was bedeutet, dass es sich nicht um die Fantasie eines Theoretikers handelt.“ er sagte .
„Es gibt viele Regionen wie unsere im riesigen Universum.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Physikbriefe B .