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Modell eines älteren Universums ohne Dunkle Materie und Dunkle Energie besteht weitere Tests
Ist unser Universum älter als die üblichen 13,8 Milliarden Jahre? Ein alternatives Kosmosmodell mit einem Alter von 26,7 Milliarden Jahren kann unter bestimmten Annahmen die beim Urknall entstandenen leichten Elemente und mehrere Beobachtungen an Galaxien erklären. Das eröffnet eine weitere Prüfmöglichkeit, ist aber noch kein Nachweis gegen Dunkle Materie und Dunkle Energie.
Ottawa (Kanada). Das kosmologische Standardmodell beschreibt ein rund 13,8 Milliarden Jahre altes Universum, in dem Dunkle Materie und Dunkle Energie eine zentrale Rolle spielen. Was sich hinter diesen beiden Bestandteilen verbirgt, ist noch offen, obwohl zahlreiche astronomische Messungen auf ihre Wirkungen hinweisen.
Ein alternatives Modell setzt an einer anderen Stelle an. Es nimmt an, dass sich grundlegende physikalische Größen im Laufe der kosmischen Geschichte gemeinsam verändern und ein Teil der Rotverschiebung durch einen Energieverlust des Lichts entsteht. Dadurch würde sich auch die Zeitachse der kosmischen Entwicklung verschieben.
Forscher der University of Ottawa (uOttawa) um Prof. Rajendra P. Gupta haben nun geprüft, ob dieses sogenannte CCC+TL-Modell mit den Elementhäufigkeiten aus der frühen Phase des Urknalls vereinbar ist. Damals entstanden hauptsächlich Wasserstoff und Helium sowie kleine Mengen an Deuterium und Lithium, deren heutige Häufigkeiten einen wichtigen Test kosmologischer Modelle liefern.
Dazu haben die Wissenschaftler in einem Rechenprogramm für Kernreaktionen die kosmische Expansionsrate verändert. Zugleich passten sie die Kernreaktions- und Zerfallsraten an, sodass deren Verhältnis zur Expansionsrate gleich blieb. Unter dieser Voraussetzung lieferte das Modell praktisch dieselben Häufigkeiten leichter Elemente wie die Standardkosmologie.
Die Übereinstimmung ist allerdings an eine zentrale Annahme gebunden. Dass die verschiedenen Reaktions- und Zerfallsraten tatsächlich im geforderten Verhältnis mitvariieren, wird in der Studie als theoretischer Ansatz behandelt und nicht unabhängig nachgewiesen. Bei einer alternativ eingesetzten Materiedichte verringert sich zudem zwar die bekannte Lithium-Abweichung, dafür wächst die Diskrepanz beim Deuterium.
In einer weiteren Arbeit testete das Team die Bewegung von Sternen und Gas in allen 175 Scheibengalaxien des SPARC-Katalogs. Die berechneten Rotationskurven passten ähnlich gut zu den Daten wie bei einem konkurrierenden Ansatz mit veränderter Schwerkraft. Dieser Vergleich zeigt eine mögliche Alternative zur Erklärung der Bewegungen, widerlegt aber die Existenz Dunkler Materie nicht.
„Beobachtungen, die Dunkler Materie und Dunkler Energie zugeschrieben werden, gehen wahrscheinlich auf gemeinsam veränderliche Kopplungskonstanten zurück“, erklärt Prof. Rajendra P. Gupta.
Auch die Lichtablenkung durch den sogenannten Bullet-Cluster, zwei kollidierende Galaxienhaufen, wurde mit dem alternativen Ansatz modelliert. Die zusätzlich berechnete Schwerkraft folgt darin der Galaxienverteilung statt dem heißen Gas. Allerdings setzt die vereinfachte Rechnung wichtige Massenverteilungen bereits voraus und ist noch kein vollständiger Vergleich mit den beobachteten Gravitationslinsenbildern.
Ein Test mit kosmischen Chronometern, deren Galaxienalter Rückschlüsse auf die Expansion erlauben, bleibt ebenfalls eingeschränkt. Die Übereinstimmung entsteht hier erst, wenn ein zusätzlicher Korrekturfaktor für die Altersbestimmung eingeführt wird. Eine vollständige Neuberechnung der zugrunde liegenden Sternentwicklung innerhalb des alternativen Modells steht noch aus.