Physiker erklärt Rätsel um Expansion des Universum ohne „Neue Physik“

Genf (Schweiz) – Mit welcher Geschwindigkeit expandiert das Universum? Bisher liefern mindestens zwei unabhängige Berechnungsmethoden unterschiedliche Werte, die sich um etwa 10 Prozent mit einer statistisch unvereinbaren Abweichung unterscheiden. Ein neuer Ansatz beseitigt diese Divergenz, ohne hierfür die in diesem Zusammenhang schon oft zitierte „neue Physik“ bemühen zu müssen.

Wie der theoretische Physiker Prof. Lucas Lombriser von der Université de Genève aktuell im „Physics Letters B“ (DOI: 10.1016/j.physletb.2020.135303) erläutert, sieht sein Modell die Erde, das Sonnensystem, die gesamte Milchstraße und tausende uns nahe Galaxien als sich innerhalb einer gewaltigen Blase mit einem Durchmesser von 250 Millionen Lichtjahren bewegend, in der die durchschnittliche Materiedichte nur halb so hoch ist wie im restlichen Universum.

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Hintergrund
Laut gängiger Lehrmeinung hat sich das Universum seit dem Urknall vor rund 13,8 Milliarden Jahren erweitert – ein Vorschlag, den der belgische Physiker Georges Lemaître (1894-1966) zuerst gemacht und zuerst von Edwin Hubble (1889-1953) nachgewiesen wurde. Der amerikanische Astronom entdeckte 1929, dass sich jede Galaxie von uns entfernen und dass sich die entferntesten Galaxien schneller bewegen als die nahen. Diese Beobachtung deutet darauf hin, dass es in der Vergangenheit eine Zeit gab, in der sich alle Galaxien am selben Ort befanden, eine Zeit, die nur dem Urknall entsprechen kann. Diese Forschung führte zum Hubble-Lemaître-Gesetz, einschließlich der Hubble-Konstante (H0), die die Expansionsrate des Universums angibt. Die besten H0-Schätzungen liegen derzeit bei 70 (km/s)/Megaparsec. Das bedeutet, dass sich das Universum alle 3,26 Millionen Lichtjahre 70 Kilometer pro Sekunde schneller ausdehnt). Das Problem ist, dass es zwei widersprüchliche Berechnungsmethoden gibt.

Die erste basiert auf dem kosmischen Mikrowellenhintergrund: Dies ist jene Mikrowellenstrahlung, die von überall auf uns zukommt und zu jenem Zeitpunkt emittiert wurde, als das Universum kalt genug wurde, damit das Licht frei zirkulieren konnte (etwa 370.000 Jahre nach dem Urknall). Unter Verwendung der genauen Daten, die von der Planck-Weltraummission geliefert wurden, und angesichts der Tatsache, dass das Universum homogen und isotrop ist, ergibt sich unter Verwendung von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie ein Wert von 67,4 für die H0. Die zweite Berechnungsmethode basiert auf den Supernovae, Sternenexplosionen die in fernen Galaxien sporadisch auftreten. Diese sehr hellen Ereignisse bieten dem Betrachter hochpräzise Entfernungen, ein Ansatz, der es ermöglicht hat, einen Wert für H0 von 74 zu bestimmen.

Laut Lombrisers Hypothese ist das Universum nicht so homogen ist wie bislang behauptet und Materie innerhalb von Galaxien ist anders verteilt als außerhalb: „Wenn wir uns in einer Art gigantischer ‚Blase‘ befänden, innerhalb derer die Materiedichte signifikant niedriger war als die bekannte Dichte des gesamten Universum, hätte dies Konsequenzen für die Entfernungen der Supernovae und letztendlich für die Bestimmung der Hubble-Konstante.“

Die von Lombrise als „Hubble-Blase“ bezeichnete Blase müsste lediglich große genug sein, um jene Galaxie aufzunehmen, die als Referenz für die Entfernungsmessung dient. Durch die Festlegung eines Durchmessers von 250 Millionen Lichtjahren für diese Blase berechnete der Physiker, dass, wenn die Dichte der Materie im Inneren der Blase 50 Prozent niedriger wäre als für den Rest des Universums, sich ein neuer Wert für die Hubble-Konstante ergeben würde, der dann mit jenem Wert übereinstimmen würde, der sich unter Verwendung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds ergibt. „Die Wahrscheinlichkeit, dass es auf dieser Skala zu solchen Schwankungen kommt, liegt zwischen 1 zu 20 und 1 zu 5, was bedeutet, dass es sich nicht um reine eine Fantasie eines Theoretikers handelt. Es gibt viele Regionen wie unsere im riesigen Universum“, so Lombriser abschließend.

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Quelle: Université de Genéve

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Andreas Müller

Fachjournalist Anomalistik | Autor | Publizist