Hat sich die dunkle Energie verklumpt? Ein abnormaler 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 sollen diese dunklen Energiekugeln durch atypische Explosionen der allerersten Sterne entstanden sein. Heute verstecken sie sich in leeren Teilen des Universums und treiben die beschleunigte Expansion voran.

Das Dunkle Energie ist eines der größten Rätsel im Kosmos. Nach populärer Theorie ist es die treibende Kraft dafür beschleunigte Expansion des Kosmos. Aber woraus es besteht und wie es genau 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 als die Modelle vorhersagen. Einige Kosmologen und Astrophysiker schließen daher nicht aus, dass dunkle Energie dies könnte aber nicht ständig ist. Es kann im Laufe der Zeit dichter oder stärker geworden sein.

GEODE: Dunkle Energie, getarnt als Schwarzes Loch

Die Physiker haben bereits in den 1960er Jahren eine Hypothese aufgestellt. 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 sich bilden können, wenn extrem massive Sterne anstelle eines Schwarzen Lochs zusammenbrechen.

Von außen betrachtet wären diese exotischen Strukturen von einem Schwarzen Loch nicht zu unterscheiden. Sogar eine Kombination von zwei solchen GEODE würde auf die gleiche Weise ablaufen und ähnliche Gravitationswellensignale aussenden. 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 Brocken dunkler Energie existieren und auch mit Albert Einsteins Relativitätstheorie kompatibel sein könnten. Nach ihrem Modell könnten diese Klumpen dunkler Energie durch den atypischen Zusammenbruch der ersten Sterne entstanden sein. Diese sogenannten Population III-Sterne waren extrem massiv, aber kurzlebig und explodierten wahrscheinlich Eine andere Art von als die heutigen Sterne.

„Wenn einige dieser Population III-Sterne vor der Reionisierung in GEODE zusammenbrachen, könnten sie die heute gemessene Expansion erklären“, sagten die Physiker. „Wir haben also bewiesen, dass GEODE die notwendige dunkle Energie für die kosmische Expansion liefern kann – dafür braucht man jedoch viel altes und massives GEODE.“

Wo im Kosmos ist die GEODE versteckt?

Dies wirft jedoch ein neues Problem auf: Wo verstecken sich all diese exotischen Klumpen? „Wenn sie sich wie schwarze Löcher bewegen und in der Nähe der sichtbaren Materie bleiben, würden sie Galaxien wie unsere Milchstraße zerreißen“, erklärt Croker. Die treibende Kraft der GEODE würde die Gravitationsbindung von Sternen an die Milchstraße stören und auch Paare weiterer Doppelsterne im Lichthof der Milchstraße lösen. Das ist aber eindeutig nicht der Fall.

Jetzt haben Croker und sein Team möglicherweise eine Lösung für dieses Dilemma gefunden. Wie sie entdeckten, spielt die Rotation der dunklen Energiekügelchen eine entscheidende Rolle: Solange sich die GEODE langsam dreht, neigen sie dazu, näher zusammen zu kommen und auch in normale Materie zu driften. Dies ändert sich jedoch, sobald die Drehung der äußeren Schicht schneller wird. Dann begann sich die GEODE abzuwehren, wie die Physiker erklären.

Auf diese Weise halten sie Abstand voneinander und von normaler Materie. Im heutigen Kosmos sollen diese Strukturen hauptsächlich in den Hohlräumen zu finden sein – große, eher leere Räume im Raum.

Erklärung der beobachteten Unterschiede

Für die Entwicklung des Kosmos und der dunklen Energie bedeutet dies: Der Moment der kosmische Hintergrundstrahlung wurde frei und es gab noch keine Sterne, es gab bereits dunkle Energie, aber weniger als heute. Als GEODE während der Sternentstehung auftauchte, nahm sein Anteil zu und mit ihm beschleunigte sich auch die kosmische Expansion.

Dies könnte die Diskrepanzen erklären, die auftreten, wenn die Expansion über die Hintergrundstrahlung einerseits und Galaxien, Supernovae und andere moderne Objekte andererseits gemessen wird. „Unser Bevölkerungs-III-GEODE-Szenario liefert daher eine physikalisch kohärente Erklärung für die schnellere Expansion der Gegenwart, ohne die aktuellen Modelle der Strukturbildung zu beeinflussen“, so Croker und sein Team. Bisher ist jedoch theoretisch die Existenz von gebündelter dunkler Energie denkbar, aber reine Spekulation. (The Astrophysical Journal, 2020; doi: 10.3847 / 1538-4357 / abad2f)

Welche: Universität von Hawaii Manoa

September 2020

– Nadja Podbregar