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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Ausdehnung des Universums: Doch nicht schneller? |
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| | | Die Frage nach der Expansionsgeschwindigkeit des Universums beschäftigt die Wissenschaft, seitdem Studien zu dem Schluss kamen, dass die Ausdehnung nicht langsamer wird, sondern im Gegenteil immer mehr zunimmt. Denn ein mögliches Szenario in der - allerdings fernen - Zukunft wäre, dass das Universum eines Tages kollabieren wird. US-Wissenschaftler stellen nun ein neues Modell vor, demzufolge die Expansionsgeschwindigkeit gar nicht zunimmt und dem Kosmos dieses Ende erspart bleiben könnte. |
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Die Astrophysiker John Terning, Csaba Csaki und Nemanja Kaloper vom Los Alamos National Laboratory (LANL) in Kalifornien greifen für ihren in den "Physical Review Letters" vorgestellten Erklärungsversuch auf ein exotisches Teilchen zurück, das so genannte Axion.
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"Dimming Supernovae without Cosmic Acceleration"
Der Artikel "Dimming Supernovae without Cosmic Acceleration" ist online bereits in den "Physical Review Letters" publiziert worden und wird in der Print-Ausgabe Bd. 88, vom 22. April 2002 erscheinen. |
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 Abstract des Artikels |
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Von Supernovae, Photonen und Axionen |
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Tatsächlich handelt es sich bei Axionen um "hypothetische Teilchen", die eigentlich in andere physikalische Theorien eingeführt wurden, um bestimmte Asymmetrien bei manchen Elementarteilchen zu erklären. In dem neuen Modell verwandeln sich nun so genannte Photonen in Axionen.
Diese Photonen, "Lichtteilchen" in Form von elektromagnetischer Strahlung, werden von einer Supernova - der Explosion besonders massereicher Sterne - ausgestrahlt und sorgen letztlich dafür, dass Astronomen auf der Erde die Sternenexplosionen bzw. deren Licht beobachten können.
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Schwache Supernovae - Ausbreitung immer schneller |
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Ältere Studien hatten festgestellt, dass Supernovae weitaus schwächer leuchten, als dies nach den gängigen Thesen über die Expansionsgeschwindigkeit des Universums hätte der Fall sein dürfen. Der theoretische Schluss der Astrophysiker: Die Supernovae mussten weiter entfernt sein, das Universum sich also immer schneller ausdehnen.
Um dies auch physikalisch erklären zu können, entwarf man eine Art "Anti-Gravitationskraft", die der Schwerkraft im Universum entgegenwirken sollte: die so genannte "Dunkle Energie", die erstmals von Albert Einstein angedacht wurde und die Galaxien immer schneller auseinander treiben sollte.
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"Big Bang": Die Entstehung des Universums
Die Mehrheit der Astronomen geht heute davon aus, dass das Universum vor rund 16 Milliarden Jahren in einer gewaltigen Explosion, dem Urknall entstanden ist. Als das Universum in den kommenden 500 Millionen Jahren expandierte und sich abkühlte, verwandelte sich das Plasma, aus dem das Universum bis dahin bestand, in Atome und neutrale Gase, in erster Linie Wasserstoff und Helium.
In den darauf folgenden 500 Millionen Jahren begannen sich aus dem kalten Gas die ersten Galaxien zu entwickeln. Der Raum zwischen den einzelnen Galaxien dehnt sich - so die These - immer noch fortwährend aus, die Frage ist nur, wie schnell. Einen Versuch, diese Raumausdehnung genauer zu definieren, stellt etwa die so genannte Hubble-Konstante dar: Sie gibt die Expansionsgeschwindigkeit des Kosmos in Kilometer pro Sekunde je Megaparsec (3,26 Millionen Lichtjahre) an. |
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Verlorene Photonen als Ursache? |
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Die Wissenschaftler vom LANL suchten nun nach einer Erklärung für das schwächere Leuchten der Supernovae, die ohne diese schnellere Expansion auskommen konnte. Ihr Ansatz: Teilchenoszillation, wie sie etwa bei der Verwandlung von Neutrinos in verschiedene Formen vorkommt.
Demnach könnten sich die Photonen auf dem Weg zur Erde in Gegenwart eines magnetischen Feldes in Axionen verwandeln. Das von der Supernova ausgestrahlte Licht würde also in intergalaktischen Magnetfeldern teilweise in Axione transformiert und entginge somit den Beobachtern auf der Erde.
Nach den Berechnungen der Physiker vom LANL könnte bis zu ein Drittel der Photonen auf dem Weg zur Erde auf diese Weise verloren gehen. Der Verlust der Photonen wäre eine Möglichkeit, die Helligkeit der Sternenexplosion zu erklären, meinen die Wissenschaftler.
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Die Masse eines Axions
In einem solchen Oszillationsprozess müsste allerdings mindestens eine der beiden Formen Masse haben, schreiben die Forscher. Nach ihren Schätzungen könnte ein Axion eine sehr geringe Masse von etwa 10 hoch minus 16 eV aufweisen. |
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CERN sucht nach Axionen |
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Das Szenario der immer schnelleren Ausdehnung und letzlich der Kollabierung des Universums könnte uns dem Modell zufolge also erspart bleiben. Ein erster Schritt wäre nun der Nachweis der exotischen Axionen, der schon bald erfolgen könnte: Das Axion Solar Telescope (CAST) des Forschungszentrums CERN ist bereits eifrig am Suchen.
Weitere astronomische Projekte, beispielsweise DEEP, versuchen zudem unabhängig voneinander, die Expansionsgeschwindigkeit des Universums genau zu bestimmen. Man will etwa versuchen, verschiedene Formen "Dunkler Energie" zu definieren.
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Mehr zu diesem Thema in science.ORF.at:
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01.01.2010 |
