Neuer Erklärungsansatz für Expansion des Universums kommt ohne Dunkle Energie aus

Bremen (Deutschland) – Dass sich unser Universum ausdehnt, gilt anhand von Beobachtungsdaten als nachgewiesen. Warum es sich dabei jedoch zusehends beschleunigt, ist eine der ebenso spannendsten wie immer noch ungelösten Fragen der modernen Physik und Kosmologie. Eine neue Studie liefert nun einen neuen Erklärungsansatz für diese beschleunigte Expansion und kommt dabei auch ohne Dunkle Energie aus.

Dunkle Energie

Dunkle Energie gilt vielen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zwar als Schlüssel und Antrieb der beobachtbaren beschleunigten Ausdehnung des Universums, doch handelt es sich um ein rein theoretischen und hypothetisches Konstrukt. Mit diesem Konstrukt sollen die Vorhersagen aus Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie und dem Standardmodell der Teilchenphysik mit den Beobachtungswerten im Übereinstimmung zu bringen. Woher diese Dunkle Energie jedoch kommt oder wie sie entsteht, ist jedoch bis heute völlig unklar.

Hintergrund
Laut gängiger Lehrmeinung hat sich das Universum seit dem Urknall vor rund 13,8 Milliarden Jahren erweitert – ein Vorschlag, den der belgische Physiker Georges Lemaître (1894-1966) zuerst gemacht und zuerst von Edwin Hubble (1889-1953) nachgewiesen wurde. Der amerikanische Astronom entdeckte 1929, dass sich jede Galaxie von uns entfernen und dass sich die entferntesten Galaxien schneller bewegen als die nahen. Diese Beobachtung deutet darauf hin, dass es in der Vergangenheit eine Zeit gab, in der sich alle Galaxien am selben Ort befanden, eine Zeit, die nur dem Urknall entsprechen kann. Diese Forschung führte zum Hubble-Lemaître-Gesetz, einschließlich der Hubble-Konstante (H0), die die Expansionsrate des Universums angibt. Die besten H0-Schätzungen liegen derzeit bei 70 (km/s)/Megaparsec. Das bedeutet, dass sich das Universum alle 3,26 Millionen Lichtjahre 70 Kilometer pro Sekunde schneller ausdehnt). Das Problem ist, dass es zwei widersprüchliche Berechnungsmethoden gibt.

Die erste basiert auf dem kosmischen Mikrowellenhintergrund: Dies ist jene Mikrowellenstrahlung, die von überall auf uns zukommt und zu jenem Zeitpunkt emittiert wurde, als das Universum kalt genug wurde, damit das Licht frei zirkulieren konnte (etwa 370.000 Jahre nach dem Urknall). Unter Verwendung der genauen Daten, die von der Planck-Weltraummission geliefert wurden, und angesichts der Tatsache, dass das Universum homogen und isotrop ist, ergibt sich unter Verwendung von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie ein Wert von 67,4 für die H0. Die zweite Berechnungsmethode basiert auf den Supernovae, Sternenexplosionen, die in fernen Galaxien sporadisch auftreten. Diese sehr hellen Ereignisse bieten dem Betrachter hochpräzise Entfernungen, ein Ansatz, der es ermöglicht hat, einen Wert für H0 von 74 zu bestimmen.

Im Fachjournal „Journal of Cosmology and Astroparticle Physics“ (DOI: 10.1088/1475-7516/2025/10/050) schlägt ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung des Zentrums für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen und der Transsilvanische Universität Brașov in Rumänien nun einen neuen Blick auf das Expansions-Phänomen vor und kommt zu dem Ergebnis, dass sich die Ausdehnung des Universums– zumindest in Teilen – auch ohne dunkle Energie erklären lässt.

„In der Physik wird die Entwicklung des Universums bisher mit der Allgemeinen Relativitätstheorie und durch die sogenannten Friedmann-Gleichungen beschrieben“, erläutert die Pressemitteilung der Uni Bremen. „Um auf dieser Grundlage die beobachtete Expansion des Universums zu erklären, muss man allerdings per Hand einen zusätzlichen ‚Dunkle-Energie-Term‘ in die Gleichungen einfügen.“

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Die nun veröffentlichten Erkenntnisse beruhen auf einer Erweiterung der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) durch das später entwickelte Modell der Finsler-Gravitation. „Anders als der ursprüngliche Erklärungsansatz der ART erlaubt das Finslersche Modell eine exaktere Modellierung der Gravitationskraft von Gasen, da eine allgemeinere Raumzeitgeometrie als in ART zugrunde gelegt wird.“

Expansion auch ohne Dunkle Energie erklärbar

In dem das Forschungsteam die Finslersche Erweiterung der Friedmann-Gleichungen berechnete, kamen sie zum einem spannenden Ergebnis: „Die Finsler-Friedmann-Gleichungen sagen bereits im Vakuum eine beschleunigte Ausdehnung des Universums voraus – ohne dass zusätzliche Annahmen oder ‚Dunkle-Energie‘-Terme eingeführt werden müssen.“

Diese Erkenntnis bezeichnen die Forschenden als spannenden Hinweis darauf, dass die beschleunigte Expansion des Universums zumindest teilweise auch ohne Dunkle Energie auf Basis einer verallgemeinerten Raumzeitgeometrie erklärt werden kann. „Mit dieser neuen geometrischen Sichtweise auf das Dunkle-Energie-Problem eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten, die Naturgesetze des Kosmos besser zu verstehen“, zeigt sich Christian Pfeifer, ZARM-Physiker und Mitglied des Forschungsteams abschließend zuversichtlich.

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Recherchequelle: Universität Bremen

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Andreas Müller

Fachjournalist Anomalistik | Autor | Publizist