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In den letzten Jahren haben Astronomen detaillierte Messungen der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung erhalten - dem „Echo“ aus der Geburt des Universums während des Urknalls.
Diese Ergebnisse scheinen mit bemerkenswerter Präzision darauf hinzudeuten, dass unser Universum von mysteriöser „kalter dunkler Materie“ und „dunkler Energie“ dominiert wird. Jetzt hat eine Gruppe britischer Astronomen Beweise dafür gefunden, dass die ursprünglichen Mikrowellenechos auf ihrer 13-Milliarden-jährigen Reise zur Erde möglicherweise modifiziert oder „korrumpiert“ wurden.
Die Ergebnisse eines Teams an der Universität von Durham unter der Leitung von Professor Tom Shanks basieren auf einer neuen Analyse der Daten des Satelliten Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) der NASA.
Das Team hat herausgefunden, dass nahegelegene Galaxienhaufen in Regionen des Himmels zu liegen scheinen, in denen die Mikrowellentemperatur unter dem Durchschnitt liegt. Dieses Verhalten könnte erklärt werden, wenn das heiße Gas in den Galaxienhaufen mit den Urknallphotonen im Vorbeigehen interagiert und die in diesem Echo des ursprünglichen Feuerballs enthaltenen Informationen verfälscht hat. Die russischen Physiker R. A. Sunyaev und Ya. B. Zeldovich sagte einen solchen Effekt in den frühen 1970er Jahren kurz nach der Entdeckung der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung voraus.
Dieser Sunyaev-Zeldovich-Effekt wurde bereits bei detaillierten Beobachtungen des Mikrowellenhintergrunds in der Nähe einiger reicher Galaxienhaufen beobachtet, und das WMAP-Team selbst hat berichtet, dass der Effekt in seinen eigenen Daten in der Nähe von Clusterzentren zu sehen ist.
Jetzt hat das Durham-Team Beweise dafür gefunden, dass heißes Gas in den Clustern die Mikrowellenhintergrundkarten bis zu einem Radius von fast 1 Grad von den Galaxienhaufenzentren beeinflussen kann, einem viel größeren Gebiet als zuvor entdeckt. Dies deutet darauf hin, dass die Positionen von „Clustern von Clustern“ oder „Superclustern“ auch mit kühleren Stellen im Muster von Mikrowellenhintergrundschwankungen zusammenfallen können.
"Die Photonen in der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung werden von Elektronen in nahe gelegenen Clustern gestreut", sagte Professor Shanks. "Dies führt zu wichtigen Änderungen der Strahlung, wenn sie uns erreicht."
"Wenn die Galaxienhaufen, die sich mehrere Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt befinden, den gleichen Effekt haben, müssen wir uns überlegen, ob es notwendig ist, unsere Interpretation der Satellitenkarten der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung zu ändern."
Wenn das Durham-Ergebnis bestätigt wird, können die Konsequenzen für die Kosmologie von großer Bedeutung sein. Die Signatur für dunkle Energie und dunkle Materie liegt in der detaillierten Struktur der im Mikrowellenhintergrund festgestellten Wellen, winzigen Temperaturschwankungen, die zu einer Zeit erzeugt wurden, als der Radius des Universums tausendmal kleiner war als heute.
Wenn dieses ursprüngliche Muster durch Prozesse in der jüngeren Vergangenheit verfälscht wurde, lange nachdem sich Galaxien und Galaxienhaufen gebildet haben, wird es bestenfalls die Interpretation des Mikrowellenechos erschweren und im schlimmsten Fall beginnen, die vorherigen Beweise für zu untergraben sowohl dunkle Energie als auch kalte dunkle Materie.
"Die Stärke dieser wunderbaren WMAP-Daten besteht darin, dass die Interpretation des Mikrowellenhintergrunds" Echo "möglicherweise weniger einfach ist als bisher angenommen", sagte Teammitglied Sir Arnold Wolfendale (zuvor Astronomer Royal).
Das WMAP-Team hat bereits berichtet, dass seine Messungen des Mikrowellenechos des Urknalls möglicherweise durch den Prozess der Galaxienbildung in einem Zwischenstadium in der Geschichte des Universums beeinträchtigt wurden. Sie legten Beweise dafür vor, dass von erstgeborenen Sternen, Galaxien und Quasaren erhitztes Gas möglicherweise auch das Mikrowellensignal verfälscht hat, als das Universum zehn- oder zwanzigmal kleiner war als heute. Sowohl die WMAP- als auch die Durham-Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Mikrowellenecho des Urknalls auf seiner Reise zur Erde möglicherweise viel mehr Hindernisse überwinden musste als bisher angenommen, was zu einer möglichen Verzerrung des ursprünglichen Signals führen könnte.
"Unsere Ergebnisse könnten letztendlich den Glauben untergraben, dass das Universum von einem schwer fassbaren Teilchen der kalten dunklen Materie und der noch rätselhafteren dunklen Energie dominiert wird", sagte Professor Shanks.
Obwohl die Beobachtungsergebnisse für das Standardmodell der Kosmologie stark bleiben, enthält das Modell sehr unangenehme Aspekte. Diese entstehen zuerst, weil sie auf zwei Stücken „unentdeckter Physik“ basieren - kalte dunkle Materie und dunkle Energie - von denen keine im Labor nachgewiesen wurde. In der Tat erhöht die Einführung dieser beiden neuen Komponenten die Komplikation des Standard-Inflationsmodells für Urknall erheblich.
Die Probleme der Dunklen Energie sind besonders tiefgreifend: Beispielsweise ist ihre beobachtete Dichte so gering, dass sie quantenmechanisch instabil sein kann. Es schafft auch Probleme für die Theorien der Quantengravitation, die darauf hindeuten, dass wir in einem Universum mit 10 oder 11 Dimensionen leben können, die alle geschrumpft sind, mit Ausnahme von drei im Raum und einer in der Zeit.
Viele Theoretiker möchten daher einen Fluchtweg aus dem heutigen Standardmodell der Kosmologie, und es bleibt abzuwarten, wie weit diese von der Durham-Gruppe diskutierten Beobachtungen in diese Richtung gehen werden. Aber wenn es richtig ist, deuten sie darauf hin, dass sich die Gerüchte, dass wir in einer „neuen Ära der Präzisionskosmologie“ leben, als verfrüht erweisen könnten!
Originalquelle: RAS-Pressemitteilung
