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3.000 Supernovae zeigen, dass Dunkle Energie sich verändern könnte
Eine neu vereinheitlichte Auswertung von 2.884 Typ-Ia-Supernovae liefert weitere Hinweise darauf, dass Dunkle Energie nicht zeitlich konstant sein könnte. Allein die Sternexplosionen weichen nur moderat vom kosmologischen Standardmodell ab, zusammen mit Messungen der Hintergrundstrahlung und Karten der Galaxienverteilung wird die Spannung deutlicher. Die Studie ist ein noch nicht fachbegutachteter Preprint, und die Bayes-Analyse bewertet die Bevorzugung eines veränderlichen Modells nur als schwach.
Brisbane (Australien). Die Dunkle Energie gilt im kosmologischen Standardmodell als konstante Größe, die die beschleunigte Expansion des Universums antreibt. Doch frühere Messungen des Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) und Supernova-Analysen haben zuletzt Hinweise geliefert, dass sich ihre Wirkung im Laufe der Zeit verändern könnte. Entscheidend ist dabei, ob verschiedene Messmethoden konsistent auf dieselbe Abweichung weisen.
Typ-Ia-Supernovae dienen der Kosmologie als standardisierbare Kerzen. Aus ihrer beobachteten Helligkeit und Rotverschiebung lässt sich rekonstruieren, wie sich das Universum in unterschiedlichen Epochen ausgedehnt hat. Kleine Unterschiede bei Kalibrierung, Staubkorrekturen, Wirtsgalaxien oder Auswahlverfahren können dabei jedoch die abgeleiteten kosmologischen Parameter verschieben.
Forscher der University of Queensland (UQ) um Ryan Camilleri haben nun die Pantheon+-Sammlung mit dem Fünfjahresdatensatz des Dark Energy Survey (DES) zu „Unite“ zusammengeführt. Der neue Katalog umfasst 2.884 wahrscheinliche Typ-Ia-Supernovae. Das Team hat Lichtkurvenmodellierung, Auswahl und Verzerrungskorrekturen vereinheitlicht und für mehr als 98 Prozent der Stichprobe die Sternmassen der Wirtsgalaxien nach demselben Verfahren neu bestimmt.
„Wir haben drei Jahrzehnte astronomischer Beobachtungen in einem einzigen, konsistenten Rahmen neu aufgebaut“, erklärt Ryan Camilleri.
Zusätzlich berücksichtigt Unite standardmäßig eine Korrektur für schwache Gravitationslinsen entlang der Sichtlinie. Vordergrundmaterie kann das Licht einzelner Supernovae leicht verstärken oder abschwächen und damit ihre abgeleitete Entfernung verändern. Bei Rotverschiebungen über 0,5 senkt diese sogenannte Delensing-Korrektur die Streuung in der Beziehung zwischen Entfernung und Rotverschiebung um rund fünf Prozent. Der Einfluss auf die bevorzugten kosmologischen Parameter bleibt allerdings klein.
Der Zustandsparameter w beschreibt, wie Druck und Energiedichte der Dunklen Energie zusammenhängen. Für ein flaches Universum mit zeitlich konstantem w ergibt Unite allein einen Wert von w = -0,764 mit einer Unsicherheit von ungefähr plus 0,078 und minus 0,096. Das liegt rund zwei Sigma, also zwei statistische Standardabweichungen, vom Wert w = -1 der kosmologischen Konstante entfernt. Erlaubt das Modell dagegen ausdrücklich eine zeitliche Entwicklung, bleiben die Supernova-Daten allein auch mit einem Modell ohne Veränderung im Zeitverlauf vereinbar. Die Sternexplosionen für sich liefern damit noch keinen starken Beleg für dynamische Dunkle Energie.
„Anstatt das kosmologische Standardmodell zu bestätigen, das davon ausgeht, dass die Dunkle Energie fest und unveränderlich ist, haben wir weitere Hinweise darauf, dass sich die Dunkle Energie im Laufe der Zeit verändern könnte“, erklärt Ryan Camilleri.
Das Bild verändert sich, wenn die Supernovae mit baryonischen akustischen Oszillationen und Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung kombiniert werden. Die Oszillationen zeigen sich als regelmäßige Strukturen in der Galaxienverteilung. Für ein Modell mit zeitabhängiger Dunkler Energie erhält das Team w₀ = -0,861 und wₐ = -0,60. Diese Parameter beschreiben den heutigen Wert und seine zeitliche Entwicklung. Gegenüber einem Modell mit kosmologischer Konstante ergibt sich je nach klassischer statistischer Auswertung eine Präferenz von 3,3 beziehungsweise 3,1 Sigma. Die Bayes-Analyse bewertet den Vorteil des zeitabhängigen Modells dagegen nur als schw