Wer braucht dunkle Energie?

Bild über Brian Koberlein/Ein Universum nach dem anderen.


Unser Universum dehnt sich aus. Das haben wir gewusstseit fast einem Jahrhundert, und moderne Beobachtungen unterstützen dies weiterhin. Unser Universum dehnt sich nicht nur aus, es tut dies auch aufständig steigende Rate. Aber die Frage bleibt, 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 das Vorhandensein von Materie https://briankoberlein.com/2013/09/09/the-attraction-of-curves/. Dadurch werden Licht und Materie von einfachen geraden Bahnen gravitativ abgelenkt. Das einfachste mathematische Modell 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, berücksichtigen, die dem Raum eine Gesamtausdehnungsrate geben kann. Die kosmologische Konstante beschreibt perfekt die beobachteten Eigenschaften der Dunklen Energie, und sie entsteht natürlich in der Allgemeinen Relativitätstheorie, daher ist es ein vernünftiges Modell, das übernommen werden kann.


In der klassischen Relativitätstheorie bedeutet das Vorhandensein einer kosmologischen Konstanten einfach, dass die kosmische Expansion nur eine Eigenschaft der Raumzeit ist. Aber unser Universum wird auch von der Quantentheorie regiert, und die Quantenwelt spielt nicht gut mit der kosmologischen Konstante. Eine Lösung für dieses Problem ist, dass QuantenVakuumenergiekönnte die kosmische Expansion vorantreiben, aber in der Quantentheorie würden Vakuumfluktuationen die kosmologische Konstante wahrscheinlich viel größer machen als das, 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 derKonkordanzmodellfür die Kosmologie, auch als Lambda-CDM-Modell bekannt. Der griechische Buchstabe Lambda ist hier 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 bekannt istFriedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW)-Metrik. Der einzige Haken ist, dass dies davon ausgeht, dass die Materie gleichmäßig im Universum verteilt ist. Im realen Universum ist Materie zu Galaxienhaufen zusammengeballt, daher ist die FLRW-Metrik nur eine Annäherung an die reale Form des Universums. Da dunkle Energie etwa 70 % der Masse/Energie des Universums ausmacht, wird die FLRW-Metrik allgemein als gute Näherung angesehen. Aber was ist, wenn nicht?

Ein neues Papierargumentiert 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. Relativ zu den geclusterten Regionen scheinen sich die Hohlräume ähnlich dem Erscheinen von dunkler Energie auszudehnen. Mit dieser Idee führte das Team Computersimulationen eines Universums durch, bei dem dieser Cluster-Effekt anstelle von dunkler Energie verwendet wurde. Sie fanden heraus, dass sich die Gesamtstruktur ähnlich wie bei Dunkelenergiemodellen entwickelte.




Das scheint die Idee zu stützen, dass dunkle Energie ein Effekt von Galaxienhaufen sein könnte.

Es ist eine interessante Idee, aber es gibt Gründe, skeptisch zu sein. Während eine solche Anhäufung einen gewissen Einfluss auf die kosmische Expansion haben kann, wäre sie nicht annähernd so stark, wie wir es beobachten. Während dieses spezielle Modell den Maßstab zu erklären scheint, in dem die Galaxienhaufen auftreten, erklärt es keine anderen Effekte, wie etwa Beobachtungen entfernter Supernovae, die dunkle Energie stark unterstützen. Persönlich finde ich dieses neue Modell nicht sehr überzeugend, aber ich denke, dass es sich auf jeden Fall lohnt, solche Ideen zu erkunden. Wenn das Modell noch 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: Briefe DOI:10.1093/mnrasl/slx026(2017)