Kosmologie: Lehren aus der Leere

Unser Universum besteht zum großen Teil aus Leere, den sogenannten kosmischen Hohlräumen (Cosmic Voids). Sie dehnen sich immer weiter aus, da die wenige in ihnen enthaltende Materie aufgrund der Schwerkraft an ihre Ränder strebt.

So ähnelt das Universum einem kosmischen Netzwerk mit großen weitgehend leeren Blasen, die mit Filamenten von Materie verbunden sind, auf denen sich die Galaxien verteilen. LMU-Physiker Dr. Nico Hamaus und seine Kollegen haben nun auf Basis von Daten des Sloan Digital Sky Surveys (SDSS), bei dem Wissenschaftler mit einem Teleskop die Struktur des Universums kartieren, Aufbau und Geometrie der Hohlräume berechnet.

Die Analysen der Forscher zeigen, mit welcher Dynamik sich die Hohlräume ausdehnen. „Nico Hamaus ist es zum ersten Mal gelungen, mit der Analyse der kosmischen Hohlräume kosmologische Modelle einzuschränken“, sagt Professor Jochen Weller von der Universitätssternwarte der LMU.

Über dieses Ergebnis berichtet Hamaus aktuell in der Fachzeitschrift Physical Review Letters. Seine Berechnungen zeigen, dass die Analyse kosmischer Hohlräume ein geeignetes Vorgehen ist, um die Gravitation in den leeren Regionen des Universums zu untersuchen und gleichzeitig die gesamte Materiedichte des Universums zu bestimmen.

Damit leistet seine Untersuchung einen wichtigen Beitrag zu der Frage, warum sich das Universum immer schneller ausdehnt. Bislang gibt es in der Kosmologie darauf zwei mögliche Antworten: Es liegt an der Dunklen Energie, die fast 70 Prozent unseres Universums ausmacht und der eine Art Anti-Gravitationskraft zugeschrieben wird, oder Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie ist nur eingeschränkt gültig und muss durch eine neue Theorie der Schwerkraft ersetzt werden.

„Falls es im Universum Abweichungen von der Allgemeinen Relativitätstheorie gibt, wäre dies insbesondere in den Hohlräumen der Fall. Wir haben in unserer Analyse aber keine signifikanten Abweichungen festgestellt“, sagt Hamaus. Das Ergebnis bestätigt also die vorherrschende Vorstellung von Gravitation im Universum, die bislang in Bezug auf die Hohlräume nicht geprüft worden war, und unterstützt die Annahme einer Dunklen Energie in Form einer kosmologischen Konstante. „Unsere Studie zeigt, dass wir durch die Analyse kosmischer Hohlräume noch viel über den Ursprung und die Entwicklung unseres Universums lernen können.“

Publikation:
Nico Hamaus, Alice Pisani, Paul M. Sutter, Guilhem Lavaux, Stéphanie Escoffier, Benjamin D. Wandelt, Jochen Weller:
Constraints on cosmology and gravity from the dynamics of voids
In: Physical Review Letters 2016

Kontakt:
Dr. Nico Hamaus
Universitäts-Sternwarte München
Fakultät für Physik der LMU
E-Mail: hamaus@usm.lmu.de
Tel: +49 (0)89 2180 9294