Liebe Leser,
vor knapp einem Jahr hatte ich ja hier erwähnt, dass es alternative Erklärungsmodelle zur gängigen Urknalltheorie gibt, denn so alltäglich uns das Konzept des Urknalls heute auch ist, er ist keineswegs bewiesen.
Ganz im Gegenteil, die 1998 erstmals beobachtete beschleunigte Expansion (1) unseres Universums konnte nur erklärt werden, indem man eine fiktive Dunkle Energie (2) annimmt, die aber bis heute nicht experimentell nachgewiesen werden konnte. In einem konstant expandierenden Universum sollte die Korrelation zwischen der Helligkeit (Entfernung) und der Rotverschiebung (3) von Galaxien linear sein (die Steigung dieser Gerade wird auch Hubble-Konstante genannt (4)). Man beobachtet aber eine Abweichung (weit entfernte Galaxien haben eine etwas geringere Rotverschiebung als erwartet), die man so erklärt, dass in der Vergangenheit der Weltraum langsamer expandierte und durch die angenommene Dunkle Energie mit abstoßender Kraft sich die Expansion seither beschleunigt hatte. Ohne eine solche postulierte abstoßende Kraft müsste die Expansion des Weltalls sogar (aufgrund der zwar schwachen, aber grenzenlos weit reichenden Gravitation (5)) zumindest theoretisch irgendwann zum Stillstand kommen.
Sogar über 70% der gesamten Materie/Energie des Universums soll die Dunkle Energie ausmachen (ca. 25% die Dunkle Materie (6) und nur ca. 5% die beobachtbare Materie, aus der wir selbst bestehen). Trotz der offenen Fragen um die Natur der Dunklen Energie und der Dunklen Materie ist die Urknalltheorie weit verbreitet und heute als "Standardmodell" allgemeines Schulwissen.
Copyright: NASA / WMAP Science Team, public domain/gemeinfrei
Kürzlich kam aber eine neue Arbeit von Jacques Colin, Roya Mohayaee, Mohamed Rameez und Subir Sarkar im Astronomy & Astrophysics heraus (7), die das Standardmodell und die beschleunigte Expansion in Frage stellen. Die Autoren hatten sich die Daten hunderter Supernovae vom Typ 1a (SNe 1a) (8) erneut angeschaut und fanden heraus, dass deren Strahlungsmuster nicht übereinstimmte mit einem einheitlich in alle Richtungen beschleunigt expandierenden (=isotropem) Univerum (was derzeit nur mit Dunkler Energie zu erklären ist), sondern weil sich unsere Region des Kosmos in eine bestimmte Richtung (Zentaurus im Südhimmel) bewegt. Solch eine uneinheitliche Bewegung ist aber mit dem Standardmodell nicht zu erklären. Dies war übrigens nicht die erste Beobachtung dieser Art. Carla Bernal et. al. (9) haben schon 2017 eine auffallende dipolare Asymmetrie in der Rotverschiebung beschrieben, hatten sie allerdings anders interpretiert (nämlich mit regionalen Dichteunterschieden in der Materie(verteilung)).
Dieser unorthodoxe Befund rief sofort Widerstand in Kosmologenkreisen hervor. Im Dezember erschien eine Arbeit von David Rubin von der Universität in Hawaii und Jessica Heitlauf im Astrophysical Journal mit dem programmatischen Titel "Is the expansion of the universe accelerating? All signs still point to yes" (10, kursives Wort im Titel ist vom Autor), in der sie den Ansatz von Sarker und seinen Kollegen regelrecht zerpflückten und ihm unter anderem vorwarfen, "shockingly" den Effekt der Bewegung unseres Sonnensystems nicht herausgerechnet zu haben, bevor sie die SNe 1a Daten auswerteten. Ausserdem warfen sie den Autoren vor, von der "plainly incorrect" Grundannahme auszugehen, dass die SNe 1a Lichtkurven und Farbverteilungen konstant und unabhängig vom Ausmaß der Rotverschiebung (und damit der Entfernung) wären, was von einer früheren Arbeit von Nielsen et al. aus 2016 (11) so postuliert worden war, was aber nicht zuträfe und schon widerlegt sei.
Die ausführliche Widerlegung von Rubin und Heitlauf wurde von vielen Astronomen sehr gelobt (12), aber nur wenige Tage später publizierten Sarker und seine Kollegen, ebenfalls im Astrophysical Journal (13) sozusagen eine Widerlegung der Widerlegung. Ohne in die einzelnen Details zu gehen (das würde zu weit führen), warfen sie Rubin vor, seinerseits die Daten so zu interpretieren, dass sie auf ein universell einheitlich expandierendes Universum abzielen.
Aber auch andere Wissenschaftler bezweifeln die gängige Theorie. Ein Team rund um Young-Wook Lee von der Yonsei Universität in Seoul, Südkorea, präsentierte beim 235. Meeting der American Astronomical Society in Honolulu am 5.Jan. 2020 eine Arbeit (14), die vom Astrophysical Journal akzeptiert wurde (sie wird in dessen Jan 2020-Ausgabe erscheinen). Sie machten genaue Altersbestimmungen von Galaxien mit Typ 1a-Supernovae (SNe) und fanden eine sehr hohe Korrelation zwischen der Helligkeit der SNe und dem Alter der Galaxien. Diese Korrelation steht im direkten Widerspruch zur bisher angenommen Konstanz der SNe-Explosionen und bezweifelt somit ihre Eignung als "Standardkerzen". Die Autoren kommen zu der Schlussfolgerung, dass wenn man die SNe-Evolution miteinberechnet, es keine Notwendigkeit zur Annahme einer Dunklen Energie mehr gebe (14). Andere Experten halten diese Schlussfolgerungen allerdings für voreilig. Komplizierend kommt nämlich hinzu, dass neben der allgemeinen Expansion des Weltalls jede Lichtquelle zusätzlich (unter anderem) eine variable Eigengeschwindigkeit ("Pekuliargeschwindigkeit") hat und je nachdem wie stark man diese annimmt in den mathematischen Berechnungsmodellen, kann sie einen mehr oder weniger starken Einfluss auf die statistische Aussagekraft der Korrelation mit der Rotverschiebung haben. Diese Problematik ist auch ein Teilaspekt der "Hubble tension" bzw. "Hubble trouble" (des Streit um den genauen Wert des Hubble-Parameters, aber das ist eine andere Geschichte...).
Fairerweise muss man dazusagen, dass es, abgesehen von der Rotverschiebungsabweichung, auch noch andere Indizien gibt, die für das Vorhandensein von Dunkler Energie sprechen (z.B. werden derzeit die Daten des Kartographieprojekts Dark Energy Survey (15) ausgewertet, bei dem man aufgrund der Verteilung der Galaxien auch mehr über die Verteilung der Dunklen Energie erfahren will), aber dennoch ist sie wohl eine im Sinne des Astronomen und Schriftstellers Carl Sagan (16) doch sehr außergewöhnliche Behauptung:
Carl Sagan machte dieses Zitat populär Copyright: Original Bild: Pere coba, Änderung: Zitat eingefügt, Lizenz CC BY 2.0
Ich bin mir nicht sicher, ob die Evidenz, die für die Existenz der Dunklen Energie spricht, nach all den neuen Befunden, entsprechend außergewöhnlich ist.
Die Debatte rund um diese mysteriöse Kraft ist längst nicht abgeschlossen. Laut des ESO(Europäischen Südsternwarte)-Wissenschaftlers Bruno Leibundgut werden noch heuer neue Daten zur Dunklen Energie, die vom Weltraum-Satellit "Planck" stammen, veröffentlicht werden und geben möglicherweise neue Rückschlüsse (17). Es bleibt also spannend.
Und um alles noch zu verkomplizieren (oder besser gesagt, um zu zeigen, dass alles bisher geschriebene nur ein kleiner Teil des riesigen Puzzles ist), ergaben kürzliche Rotverschiebungsmessungen an Quasaren (18) laut eines 2019-Nature Astronomy-papers von Risaliti und Lusso (19) zusätzliche, bisher nicht beobachtete Abweichungen vom Standardmodell, aus denen gefolgert wurde, dass die Dunkle Energie womöglich mit der Zeit an Dichte zunimmt!
Von "es gibt sie nicht" bis hin zu "sie wird dichter" reicht mittlerweile die Bandbreite an Hypothesen zur Dunklen Energie. Schneller als jemals zuvor treffen neue Erkenntnisse ein und schon existierende Daten werden von verschiedenen Seiten dahingehend interpretiert bzw. entweder betont oder deren Relevanz in Frage gestellt, um die jeweils eigene "Welt(raum)auffassung" zu unterstützen.
Dieser Fall zeigt aber auch beispielhaft, dass sich in der Wissenschaft kontroverse Dinge SACHLICH diskutieren lassen, dass dabei Argumente ohne Seitenhiebe oder ad hominem ausgetauscht werden und ein öffentlich geführter und transparenter Diskurs FREI VON IDEOLOGIE stattfindet, der im Idealfall die Wahrheitsfindung weiterbringt.
Es wäre sehr wünschenswert, wenn sich auch in anderen Bereichen, z.B. der Klimaforschung ebenso eine solche Sachlichkeit breitmachen würde.
Quellen:
(1) https://de.wikipedia.org/wiki/Expansion_des_Universums
(2) https://www.weltderphysik.de/gebiet/universum/dunkle-energie/
(3) https://www.spektrum.de/lexikon/astronomie/rotverschiebung/417
(4) Strenggenommen ist sie keine Konstante, da sie sich mit der Zeit ändert https://de.wikipedia.org/wiki/Hubble-Konstante, daher spricht man oft stattdessen von Hubble-Parameter
(5) https://www.spektrum.de/lexikon/astronomie/gravitation/150
(6) Ähnlich wie bei Dunkler Energie, wird Dunkle Materie angenommen aufgrund von Abweichungen zwischen der berechneten Bewegung von Sternen und der beobachteten. Auch die Dunkle Materie konnte nie nachgewiesen werden und ist bis heute ein Rätsel, siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Dunkle_Materie, ist aber insgesamt besser abgesichert als die Dunkle Energie
(7) https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2019/11/aa36373-19/aa36373-19.html
(8) Diese Supernovaeformen (auch thermonukleare Supernova genannt) werden gerne als sog. "Standardkerzen" zur Entfernungsberechnung herangezogen, da man annimmt, dass sie überall im Weltall "auf die gleiche Weise" explodieren. Mehr dazu: https://www.spektrum.de/lexikon/astronomie/supernova/465
(9) https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269316307468?via%3Dihub
(10) https://arxiv.org/pdf/1912.02191.pdf
(11) Nielsen, J.T., Guffanti, A., & Sarkar, S.; 2016, Scientific Reports, 6, 35596
(12) https://www.quantamagazine.org/no-dark-energy-no-chance-cosmologists-contend-20191217/
(13) https://arxiv.org/pdf/1912.04257.pdf
(14) https://phys.org/news/2020-01-evidence-key-assumption-discovery-dark.html
(15) https://www.darkenergysurvey.org/the-des-project/overview/
(16) https://www.nationalgeographic.com/news/2014/3/140316-carl-sagan-science-galaxies-space/
(17) https://www.sueddeutsche.de/wissen/dunkle-energie-zweifel-existenz-1.4747368
(18) https://de.wikipedia.org/wiki/Quasar
(19) https://www.nature.com/articles/s41550-018-0657-z
Andere Zusammenfassungen der Forschungen rund um die Dunkle Energie:
https://www.derstandard.at/story/2000107574901/der-dunklen-seite-des-universums-auf-der-spur
https://www.scinexx.de/news/kosmos/kosmische-expansion-bleibt-raetselhaft/
https://www.universetoday.com/144531/new-research-casts-a-shadow-on-the-existence-of-dark-energy/
Frühere posts, die ev. von Interesse sind:
Leben wir in einem schwarzen Loch?
Hat es doch keinen Urknall gegeben? - Alternative Theorien