Der „Hinter-den-Kulissen-Promoter“ der beschleunigten Expansion des Universums zieht sich langsam zurück …

Physiker gingen lange davon aus, dass die Intensität der Dunklen Energie konstant sei. Neue Ergebnisse eines Projekts zur Kartierung der Ausdehnung des Universums stellen diese Ansicht jedoch in Frage. Daten aus dem Projekt bestätigen außerdem, dass die dunkle Energie dazu führt, dass sich Galaxien schneller voneinander entfernen, dass ihre Intensität jedoch in den letzten 4,5 Milliarden Jahren abgenommen hat.

DESI lokal. Bildquelle: KPNO

Dies ist das neueste Forschungsergebnis, das die Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI)-Kollaboration auf der Tagung der American Physical Society am 19. März bekannt gab. Die Studie basiert auf einer Datenerhebung über drei Jahre und ist überzeugender als die einjährigen Daten, die 2024 veröffentlicht wurden.

Sollten die Ergebnisse Bestand haben, könnten sie Kosmologen dazu zwingen, ihre Standardmodelle zur Geschichte des Universums zu überarbeiten. Das Modell geht typischerweise davon aus, dass dunkle Energie eine inhärente Eigenschaft des Vakuums im Weltraum ist, sich im Laufe der Zeit nicht ändert und eine „kosmologische Konstante“ darstellt.

„Jetzt achte ich wirklich darauf“, sagt Catherine Heymans, Astronomin an der Universität Edinburgh im Vereinigten Königreich. „Das ist eine herausfordernde Frage für Physiker.“

DESI befindet sich am Kitt Peak National Observatory in der Nähe von Tucson, Arizona, USA. Das Gerät nutzt 5.000 Roboterarme, um optische Fasern auf ausgewählte Galaxien oder Quasare im Sichtfeld auszurichten. Diese Fasern übertragen dann Licht an ein Präzisionsspektrometer, um die Rotverschiebung jedes Himmelskörpers zu messen, d. h. das Ausmaß, in dem seine Lichtwellen durch die Ausdehnung des Universums auf dem Weg zur Erde gestreckt werden. Mithilfe von Rotverschiebungswerten können Forscher die Entfernung von Himmelskörpern von der Erde abschätzen und anschließend eine dreidimensionale Karte der Expansionsgeschichte des Universums zeichnen.

In dieser dreidimensionalen Karte nutzten die Wissenschaftler die Dichte der Galaxien, um Restschwankungen einer früheren akustischen Schwingung zu identifizieren, die als baryonische akustische Schwingung (BAO) bekannt ist. Diese Schwingungen existierten bereits vor der Sternentstehung, mit einer ursprünglichen charakteristischen Größenordnung von 150 Kiloparsec (450.000 Lichtjahren), und haben mit der Ausdehnung des Universums weiter zugenommen. Mittlerweile haben sie sich um das Tausendfache auf 150 Megaparsec ausgedehnt und stellen damit die größte bekannte Struktur im heutigen Universum dar.

Durch die Verfolgung der Größenentwicklung des BAO konnten die Forscher die Geschichte der Veränderungen der Expansionsrate des Universums rekonstruieren. Vor etwa 5 Milliarden Jahren kam es aufgrund der dunklen Energie zu einer Veränderung der Expansion des Universums von einer Verlangsamung zu einer Beschleunigung. Bis zum letzten Jahr stimmten alle kosmologischen Daten mit der Annahme überein, dass die dunkle Energie eine kosmologische Konstante sei, was bedeutet, dass sich das Universum weiterhin mit zunehmender Geschwindigkeit ausdehnen sollte.

Doch die neueste Analyse von DESI zeigt, dass die derzeitige Beschleunigung der Expansion des Universums schwächer ist als in der Vergangenheit, was nicht mit der Hypothese übereinstimmt, dass dunkle Energie eine kosmologische Konstante ist. Stattdessen zeigen die Daten, dass die Dichte der dunklen Energie (die Menge an dunkler Energie pro Raumeinheit) seit 4,5 Milliarden Jahren um etwa 10 % gesunken ist.

Die Analyse umfasste Rotverschiebungsdaten für mehr als 30 Millionen Galaxien und Quasare, die 11 Milliarden Jahre der Geschichte des Universums abdecken. Obwohl die statistische Aussagekraft der DESI-Daten noch nicht ausreicht, um die kosmologische Konstante der Dunklen Energie vollständig zu widerlegen, erwartet DESI-Mitglied Seshadri Nadathur von der University of Portsmouth im Vereinigten Königreich, dass diese kosmologische Konstante der Vergangenheit angehören wird, sobald DESI sieben Jahre lang Daten gesammelt und die Untersuchung abgeschlossen hat.

Das Euclid-Weltraumteleskop, dessen Start für 2023 geplant ist, und das 8-Meter-Observatorium Vera Rubin, das in Chile kurz vor der Inbetriebnahme steht, werden die relevanten Daten zur kosmischen Geschichte weiter ergänzen.

Planung und Produktion

Quelle: China Science Daily

Zusammengestellt von Li Muzi

Herausgeber: Yinuo

Korrekturgelesen von Xu Lailinlin