Kann ein Chamäleon eine Galaxie bauen? Nach neuen Computermodellen ja.
Dies ist kein surrealistischer Witz, sondern die Implikation neuerer Simulationen, die darauf abzielen, das Innenleben der dunklen Energie zu erklären, einer mysteriösen Kraft, die alles im Universum auseinander treibt. Die Ergebnisse, die am 8. Juli in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht wurden, unterstützen ein Modell der dunklen Energie, das als Chamäleontheorie bekannt ist.
Hinweise auf dunkle Energie wurden erstmals Ende der neunziger Jahre entdeckt, als Kosmologen das Licht entfernter Supernovae maßen und feststellten, dass die Sterne dunkler als erwartet waren, was darauf hindeutete, dass sich das Gewebe der Raumzeit nicht nur ausdehnte, sondern sich in seiner Ausdehnung beschleunigte. Die Physiker schlugen die Existenz einer Kraft vor, die gegen die Schwerkraft wirkte und die Dinge voneinander wegdrückte, anstatt sie zusammenzureißen.
Die meisten Forscher schließen sich der Idee an, dass dunkle Energie die sogenannte kosmologische Konstante ist, eine Art Energie, die im Vakuum des Weltraums selbst aufgestaut wird, sagte Baojiu Li, ein mathematischer Physiker an der Durham University in Großbritannien, gegenüber Live Science. "Dieses einfache Modell funktioniert praktisch sehr gut und ist eine einfache Ergänzung des kosmologischen Modells, ohne das Gesetz der Schwerkraft ändern zu müssen", sagte er.
Das Problem ist, dass führende physikalische Theorien vorhersagen, dass der Wert der Energie des Vakuums 120 Größenordnungen höher sein sollte als das, was Kosmologen bei tatsächlichen Messungen der dunklen Energie im Universum beobachten, sagte Li. Deshalb haben Physiker nach alternativen Erklärungen gesucht, einschließlich der Chamäleontheorie.
Die Theorie schlägt eine neue Kraft auf den vier bereits bekannten vor, die durch ein Teilchen vermittelt wird, das als Chamäleonteilchen bezeichnet wird, so ein Erklärer in der Zeitschrift Sky and Telescope. Die Chamäleonkraft würde wie dunkle Energie wirken und Galaxien im Kosmos auseinander treiben. Eine unerwartete fünfte Kraft zu haben, bringt jedoch ein eigenes Dilemma mit sich - warum haben unsere Instrumente noch nie ein solches Teilchen gesehen?
Die Theorie legt nahe, dass sich Chamäleonpartikel wie ihre Reptilien-Namensvetter in ihre Umgebung einfügen können, um der Entdeckung zu entgehen. Anstatt die Farbe zu ändern, ändern diese Partikel die Masse. In Umgebungen mit hoher Dichte, wie beispielsweise in der Nähe der Erde, haben sie eine hohe Masse und sind daher schwer zu erkennen. Aus diesem Grund sehen wir die Auswirkungen von Chamäleonpartikeln auf unser Sonnensystem nicht, sondern nur auf extrem großen kosmologischen Skalen, auf denen die Materie laut Theorie insgesamt spärlich ist.
Um die Chamäleontheorie zu testen, haben Forscher leistungsstarke Computersimulationen durchgeführt, bei denen virtuelle Dunkle Materie - eine bisher unbekannte Substanz, die die sichtbare Materie im Universum bei weitem überwiegt - mit den vier bekannten Kräften plus Chamäleonpartikeln gesponnen wurde, um Himmelsstrukturen wie unser Sonnensystem zu erzeugen nach einer Aussage.
Bisher führten Einschränkungen der Rechenleistung dazu, dass die Modelle keine gewöhnliche, sichtbare Materie wie Protonen und Elektronen enthalten konnten. Li und seine Kollegen verwendeten Supercomputer, um schließlich die gewöhnlichen Teilchen neben alles andere einzubeziehen und Strukturen im Galaxienmaßstab zu erzeugen.
"Die Simulationen zeigen, dass sich trotz des komplizierten Verhaltens der Schwerkraft realistische Galaxien wie unsere eigene Milchstraße bilden können", sagte Li.
Das Team hofft, dass weitere Modellierungen Wege aufzeigen werden, um die Theorie von anderen Hypothesen über dunkle Energie zu unterscheiden, fügte er hinzu.
Stellen diese Ideen also Einsteins allgemeine Relativitätstheorie in Frage, wie weithin berichtet wurde?
"Herausforderung ist ein starkes Wort", sagte Jeremy Sakstein, Physiker an der Universität von Pennsylvania in Philadelphia, der nicht an der Arbeit beteiligt war, gegenüber Live Science.
Um die allgemeine Relativitätstheorie zu testen, sei es nützlich, konkurrierende Theorien zu haben, fügte er hinzu, und diese neue Forschung sei ein Schritt, um Vorhersagen darüber zu treffen, was diese Alternativen auf kosmologischen Skalen sehen könnten.
