Das Universum hat sich seit dem Urknall ständig weiterentwickelt, von einem diffusen Urgas zu einem komplexen Netzwerk aus Galaxien und Materieansammlungen. Doch eine neue Analyse deutet darauf hin, dass diese Struktur im Laufe der Milliarden von Jahren eigentlich „klumpiger“ hätte werden sollen, als sie es tatsächlich ist.
Forscher der University of Pennsylvania und des Lawrence Berkeley National Laboratory haben zwei kosmologische Datensätze kombiniert, um diese Entwicklung zu untersuchen. Ihr Ziel war es, die aktuelle Verteilung der Materie mit derjenigen zu vergleichen, die von Einsteins Gravitationstheorie vorhergesagt wird. Die Ergebnisse bestätigen weitgehend die bestehenden Modelle, doch eine leichte Abweichung gibt den Wissenschaftlern Rätsel auf.
Die Studie basiert auf der Analyse von Daten des Atacama Cosmology Telescope (ACT) und des DESI-Spektroskops. ACT liefert eine Kartierung der kosmischen Hintergrundstrahlung (CMB), die 380.000 Jahre nach dem Urknall entstand. Gleichzeitig ermöglicht DESI die Untersuchung der Verteilung heutiger Galaxien und ihrer Entwicklung über Milliarden von Jahren.
Die Forscher haben diese Beobachtungen überlagert, um die Geschichte der kosmischen Materie nachzuzeichnen. Wie ein dreidimensionaler Scanner des Himmels ermöglichte dieser Ansatz den Vergleich alter und neuer Strukturen und die Beobachtung, wie sich die Materie unter dem Einfluss der Schwerkraft angeordnet hat.
Der von Einstein vorhergesagte Gravitationslinseneffekt spielte bei dieser Analyse eine Schlüsselrolle. Das Licht der CMB wird verzerrt, wenn es massive Materieansammlungen durchquert, was Rückschlüsse auf die Verteilung kosmischer Strukturen im Laufe der Zeit ermöglicht. DESI identifiziert wiederum weit entfernte Galaxien, die als Wegweiser für die Kartierung dieser Entwicklung dienen.
Bei der Untersuchung dieser Daten stellte das Team fest, dass die Materiedichte in bestimmten jüngeren Epochen, insbesondere vor etwa vier Milliarden Jahren, etwas weniger kontrastreich zu sein scheint als erwartet. Ein wichtiger kosmologischer Parameter, Sigma 8 (σ₈), misst diese Dichteschwankungen. Doch sein Wert scheint etwas niedriger zu sein als von den Standardmodellen vorhergesagt.
Sollte sich dieser Unterschied bestätigen, könnte dies auf eine Verlangsamung der Bildung kosmischer Strukturen hinweisen. Eine größere Rolle der dunklen Energie, die für die beschleunigte Expansion des Universums verantwortlich ist, könnte die Ursache sein. Doch die Wissenschaftler bleiben vorsichtig und betonen, dass die beobachtete Abweichung auch auf statistische Zufälle zurückzuführen sein könnte.
Zukünftige Beobachtungen, insbesondere die des Simons Observatory, werden diese Messungen verfeinern. Mit einer höheren Genauigkeit hoffen die Forscher, die Zweifel an dieser Anomalie auszuräumen und zu verstehen, ob sich das Universum tatsächlich auf unerwartete Weise entwickelt.
Was ist der Gravitationslinseneffekt?
Der von Albert Einstein im Jahr 1915 vorhergesagte Gravitationslinseneffekt ist ein Phänomen, bei dem das Licht eines entfernten Objekts durch die Anwesenheit einer dazwischenliegenden Masse abgelenkt wird. Diese Masse, wie etwa ein Galaxienhaufen, krümmt die Raumzeit und wirkt wie eine optische Linse.
Dieses Phänomen ermöglicht es Astronomen, sehr weit entfernte Objekte zu beobachten, die sonst zu schwach wären, um entdeckt zu werden. Durch die Verstärkung ihres Lichts liefert es Einblicke in das frühe Universum und die Verteilung unsichtbarer Materie, wie der dunklen Materie.
Es gibt zwei Haupttypen von Gravitationslinsen: starke und schwache. Starke Linsen erzeugen multiple Bilder und spektakuläre Lichtbögen, während schwache Linsen leichte Verzerrungen in der Form von Galaxien verursachen, die statistisch nachweisbar sind.
Durch die Messung dieser Verzerrungen können Forscher die Verteilung der kosmischen Masse kartieren und die Gültigkeit von Gravitationsmodellen testen. Es ist ein wesentliches Werkzeug, um die Entwicklung des Universums und seiner großen Strukturen zu verstehen.
Quelle: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics