Ein Rätsel unserer Zeit

Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Schematische Darstellung der kosmischen Geschichte. Astronomen haben auf ein unbeachtetes Rätsel der Ausdehnung aufmerksam gemacht: obwohl das in der Graphik (gibt die kosmische Beschleunigung wieder) sichtbare, nach außen gerichtete Aufweiten zu jeder Zeit hätte beginnen können, hat es sich merkwürdigerweise in unserer eigenen Zeit ereignet. NASA / WMAP

Einer der beachtenswertesten Erfolge der Astrophysik im letzten Jahrhundert war ihr Befund, daß das durch die ältesten Sterne bestimmte Alter des Universums in etwa mit dem Alter gleich war, das man auf einem völlig anderen Weg, aus dem Zurückweichen der Galaxien, abschätzte. Beide kamen zu überraschend langen Zeiten – Milliarden Jahre – und lieferten die beruhigende Feststellung, daß beide vermutlich auf dem richtigen Weg waren. Aber die beiden Werte waren nicht identisch und Wissenschaftler erkannten sehr schnell einen bedeutenden Widerspruch: die ältesten Sterne waren älter als das Universum selbst. Um diesen Widerspruch aufzulösen, wurde bis 1998 an Verbesserungen der Messungen und der Modelle gearbeitet, als dann die kosmische Beschleunigung entdeckt wurde. Sie wies mit einem Schlag nach, daß das Universum tatsächlich viel älter als gedacht war und insbesondere älter als die ältesten Sterne.

Aber in der Entdeckung lag auch ein Rätsel: die Bewegung des Universums unterliegt zum einen der Materie, deren Schwerkraft dazu neigt, die Ausdehnung abzubremsen und zum anderen der Beschleunigung, die die Ausdehnung antreibt. Da die durchschnittliche Dichte der Materie im Universum mit dem Anwachsen des Weltalls stetig fällt, hat die Dichte mit der Zeit einen immer kleiner werdenden Wert. Seltsamerweise hat sie heute ganz zufällig nahezu den gleichen Wert (wenn man es in den gleichen Einheiten ausdrückt) wie der Beschleunigungsparameter. Warum? Es gab noch ein zweites Rätsel: der theoretisch ableitbare Wert des Beschleunigungsparameters könnte beinahe jeden Wert annehmen; grundlegende quantenmechanische Berechnungen lassen in der Tat darauf schließen, daß er weitaus größer sein sollte als er ist. Warum der Wert, wie wir ihn messen, so klein ist, ist ein Rätsel.

Die CfA-Astronomen Arturo Avelino und Bob Kirshner haben jetzt eine Arbeit veröffentlicht, in der sie auf ein weiteres Rätsel aufmerksam gemacht haben. Das Universum dehnte sich nicht mit einer konstanten Rate aus, die im Ergebnis gerade die Mischung dieser beiden Faktoren war. In den ersten neun Milliarden Jahren der kosmischen Entwicklung überwiegte die Kontraktion und das Universum verlangsamte allmählich seine Ausdehnung. Da jedoch die Bedeutung der kosmischen Beschleunigung mit der Zeit anstieg, hat in den vergangenen fünf Milliarden Jahren die Beschleunigung vorgeherrscht und das Universum hat seine Ausdehnung beschleunigt. Aber seltsamerweise sieht das Universum heute genauso aus wie es aussehen würde, wenn es sich mit einer konstanten Rate stetig ausgedehnt hätte (die Rate, die erforderlich ist, um zu verhindern, daß das Universum wieder zusammenfällt). Obwohl dies dem ursprünglichen Rätsel ein wenig ähnlich klingt, beschreiben die Autoren, weshalb dieses neue Rätsel jedoch anders ist: wir leben (anscheinend) in einer bevorzugten Epoche; die anderen Rätsel haben diese Folgerung nicht. Die Erklärung(en) für diese Rätsel ist bis jetzt nicht bekannt. Wenn einige bestimmte neue Arten an Elementarteilchen existieren, so deuten die Wissenschaftler an, könnten diese die Antwort geben, aber jetzt ist nur sicher, daß mehr beobachtende Forschung notwendig ist.

Literatur:

„The Dimensionless Age of the Universe: a Riddle for Our Time“

A. Avelino and R. Kirshner

The Astrophysical Journal, 828:35 (8pp), 2016 September 1

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