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Kosmologen der Princeton University kündigten eine neue Methode an, um zu verstehen, warum sich die Expansion des Universums beschleunigt. Die vorgeschlagene Technik wird in der Lage sein zu bestimmen, ob die kosmische Beschleunigung auf eine noch unbekannte Form der Dunklen Energie im Universum zurückzuführen ist oder ob sie eine Signatur für einen Zusammenbruch von Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie auf sehr großen Skalen des Universums ist. Das Ergebnis wird heute vom Hauptforscher Dr. Mustapha Ishak-Boushaki, einem wissenschaftlichen Mitarbeiter an der Princeton University in New Jersey, auf dem Treffen der Canadian Astronomical Society in Montreal, QC, vorgestellt.
„Die beschleunigte Expansion des Universums ist eines der faszinierendsten und herausforderndsten Probleme in der Astrophysik. Darüber hinaus hängt es mit Problemen in vielen anderen Bereichen der Physik zusammen. Unsere Forschungsarbeit konzentriert sich darauf, verschiedene mögliche Ursachen für diese Beschleunigung einzuschränken. “ sagt Dr. Ishak-Boushaki.
In den letzten 8 Jahren haben mehrere unabhängige astronomische Beobachtungen gezeigt, dass die Expansion des Universums in eine Phase der Beschleunigung eingetreten ist. Die Entdeckung dieser Beschleunigung überraschte Astrophysiker, die eine Verlangsamung der Expansion erwarteten, die durch die Anziehungskraft gewöhnlicher Materie im Universum verursacht wurde.
Um die kosmische Beschleunigung zu erklären, führten theoretische Kosmologen den Begriff einer neuen Energiekomponente ein, die zwei Drittel der gesamten Energiedichte des Universums ausmachen würde und die eher gravitativ abstoßend als attraktiv ist. Diese Komponente wurde als Dunkle Energie bezeichnet.
Ist Dunkle Energie real? "Wir wissen es nicht", kommentiert Professor David Spergel aus Princeton. „Es könnte eine völlig neue Energieform sein oder die Beobachtungssignatur für das Scheitern von Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie. In jedem Fall wird seine Existenz tiefgreifende Auswirkungen auf unser Verständnis von Raum und Zeit haben. Unser Ziel ist es, die beiden Fälle unterscheiden zu können. “
Der einfachste Fall der Dunklen Energie ist die kosmologische Konstante, die Einstein vor 80 Jahren eingeführt hat, um seine Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie mit seinem Vorurteil zu vereinbaren, dass das Universum statisch ist. Einige Jahre später, als die Expansion des Universums entdeckt wurde, musste er die kosmologische Konstante zurückziehen. Die Entdeckung der kosmischen Beschleunigung hat die Debatte über die kosmologische Konstante in einem neuen Kontext wiederbelebt.
Eine andere grundlegend andere Möglichkeit besteht darin, dass die kosmische Beschleunigung eine Signatur einer neuen Gravitationstheorie ist, die in sehr großen Maßstäben des Universums eintritt und nicht als Produkt der Dunklen Energie. Einige der kürzlich vorgeschlagenen modifizierten Schwerkraftmodelle sind von der Superstring-Theorie und der extradimensionalen Physik inspiriert.
Können wir zwischen diesen beiden Möglichkeiten unterscheiden? Das vorgeschlagene Verfahren zeigt, dass die Antwort ja lautet. Die allgemeine Idee ist wie folgt. Wenn die Beschleunigung auf Dunkle Energie zurückzuführen ist, sollte die Expansionsgeschichte des Universums mit der Geschwindigkeit übereinstimmen, mit der Galaxienhaufen wachsen. Abweichungen von dieser Konsistenz wären ein Zeichen für den Zusammenbruch der Allgemeinen Relativitätstheorie auf sehr großen Skalen des Universums. Das vorgeschlagene Verfahren setzt diese Idee um, indem es die Einschränkungen der Dunklen Energie von verschiedenen kosmologischen Sonden vergleicht und es ermöglicht, Inkonsistenzen klar zu identifizieren.
Als Beispiel wurde in dieser Studie ein Universum betrachtet, das durch eine 5-dimensionale modifizierte Gravitationstheorie beschrieben wurde, und es wurde gezeigt, dass das Verfahren die Signatur dieser Theorie identifizieren kann. Wichtig ist, dass gezeigt wurde, dass zukünftige astronomische Experimente zwischen modifizierten Gravitationstheorien und Dark Energy-Modellen unterscheiden können.
Die Forschungsarbeiten zu den vorgestellten Ergebnissen wurden von Dr. Mustapha Ishak-Boushaki in Zusammenarbeit mit Professor David Spergel, beide vom Department of Astrophysical Sciences der Princeton University, und Amol Upadhye, einem Doktoranden am Physics Department der Princeton University, geleitet.
Originalquelle: Pressemitteilung von Princeton
