Ist die dunkle Energie zusammengewürfelt? – Ein unregelmäßiger Zusammenbruch früher Sterne hätte rotierende „Kugeln“ dunkler Energie erzeugen können

Exotische Objekte: Die dunkle Energie könnte im Kosmos anders verteilt sein als bisher angenommen – nicht als einheitliches Feld, sondern in Form schnell rotierender Klumpen. Nach diesem Modell könnten diese dunklen Energieklumpen durch atypische Explosionen der ersten Sterne entstanden sein. Heute verstecken sie sich in leeren Regionen des Universums und treiben dessen beschleunigte Expansion voran.

Das Dunkle Energie ist eines der größten Rätsel im Kosmos. Nach populärer Theorie ist es die treibende Kraft für beschleunigte Expansion des Kosmos. Aber woraus es besteht und wie genau es funktioniert, ist völlig unbekannt. Es kann auch nicht direkt bewiesen werden. Kosmologische Modelle gehen jedoch davon aus, dass die Dunkle Energie eine konstante Dichte hat und räumlich und zeitlich gleichmäßig verteilt ist.

Das Problem ist jedoch, dass es in letzter Zeit zunehmend Hinweise darauf gibt, dass dunkle Energie heute eine andere Wirkung hat als in den frühen Tagen des Kosmos. Denn nach einigen Messungen dehnt sich das Universum heute aus schneller out als die Modelle vorhersagen. Einige Kosmologen und Astrophysiker schließen daher nicht aus, dass dunkle Energie vorhanden sein könnte aber nicht ständig ist. Es könnte mit der Zeit entweder dicker oder stärker geworden sein.

GEODE: Dunkle Energie, getarnt als Schwarzes Loch

Die Physiker vermuteten dies bereits in den 1960er Jahren. Nach ihrem Modell ist die Dunkle Energie nicht gleichmäßig verteilt, sondern (auch) in Klumpen – in Form von sogenannten generischen Objekten der Dunklen Energie (GEODE). Dies sind rotierende Objekte mit einem Kern aus dunkler Energie, die entstehen können, wenn extrem massive Sterne anstelle eines Schwarzen Lochs zusammenbrechen.

Von außen gesehen konnten diese exotischen Strukturen nicht von einem Schwarzen Loch unterschieden werden. Sogar eine Fusion von zwei solchen GEODE würde auf die gleiche Weise stattfinden und ähnliche Gravitationswellensignale senden. Aber im Gegensatz zu den Schwarzen Löchern ist in der exotischen Struktur eine Kraft verborgen, die der Schwerkraft entgegenwirkt.

Erstellt, als die ersten Sterne zusammenbrachen

Physiker, die mit Kevin Croker von der Universität von Hawaii in Manoa zusammenarbeiten, haben bereits in einer früheren Studie gezeigt, dass solche Klumpen dunkler Energie existieren könnten und auch mit Albert Einsteins Relativitätstheorie vereinbar wären. Nach ihrem Modell könnten diese Klumpen dunkler Energie durch den atypischen Zusammenbruch der ersten Sterne verursacht worden sein. Diese sogenannten Population III-Sterne waren extrem massiv, aber kurzlebig und explodierten wahrscheinlich auf eine andere Art als die Sterne des Tages.

„Wenn einige dieser Population-III-Sterne vor der Genionisierung in GEODE zusammenbrachen, könnten sie die heute gemessene Expansion erklären“, sagten die Physiker. „Wir haben damit bewiesen, dass GEODE die notwendige dunkle Energie für die kosmische Expansion liefern kann – aber dafür braucht man viele alte und massive GEODE.“

Wo im Kosmos ist GEODE versteckt?

Aber das wirft ein neues Problem auf: Wo verstecken sich all diese exotischen Klumpen? „Wenn sie sich wie schwarze Löcher bewegten und in der Nähe der sichtbaren Materie blieben, würden sie Galaxien in Stücke wie unsere Milchstraße zerreißen“, erklärt Croker. Die auseinander fließende Kraft von GEODE würde die Gravitationsbindung der Sterne an die Galaxie stören und auch Paare zusätzlicher Doppelsterne im Halo der Milchstraße entkoppeln. Das ist aber natürlich nicht der Fall.

Croker und sein Team haben jetzt möglicherweise eine Lösung für dieses Dilemma gefunden. Wie sie herausfanden, spielt die Rotation der dunklen Energieklumpen eine entscheidende Rolle: Solange sich GEODE langsam dreht, neigen sie dazu, sich näher zu bewegen und auch in Richtung normaler Materie zu gleiten. Das ändert sich jedoch, sobald die Rotation ihrer äußeren Schichten schneller wird. Dann beginnt GEODE sich abzuwehren, wie die Physiker erklären.

Auf diese Weise halten sie Abstand voneinander und von normaler Materie. Im heutigen Kosmos befinden sich diese Strukturen hauptsächlich in den Hohlräumen – großen, eher leeren Räumen im Raum.

Erklärung der beobachteten Abweichungen

Für die Entwicklung des Kosmos und der dunklen Energie bedeutet dies: Zu der Zeit, als kosmische Hintergrundstrahlung wurde frei und es gab keine Sterne, es gab bereits dunkle Energie, aber weniger als heute. Als GEODE während der Sternentstehung auftauchte, nahm sein Anteil zu und beschleunigte so die kosmische Expansion.

Dies könnte die Inkonsistenzen erklären, die bei der Messung der Expansion über Hintergrundstrahlung einerseits und von Galaxien, Supernovae und anderen modernen Objekten andererseits auftreten. „Unser Bevölkerungs-III-GEODE-Szenario liefert daher eine physikalisch kohärente Erklärung für die schnellere Ausdehnung der Gegenwart, ohne die gängigen Modelle der Strukturbildung zu beeinflussen“, so Croker und sein Team. Allerdings: Bisher ist die Existenz von klumpiger dunkler Energie theoretisch denkbar, aber reine Spekulation. (The Astrophysical Journal, 2020; doi: 10.3847 / 1538-4357 / abad2f)

Diese: Universität von Hawaii Manoa

7. September 2020

– Nadja Podbregar