Gibt es mehr als eine Dunkle Energie?

Spannende Hypothese: Bisher rätseln Physiker über die Natur der Dunklen Energie – der Kraft, die die Ausdehnung des Kosmos vorantreibt. Jetzt haben Forscher eine neue Hypothese dazu aufgestellt. Demnach könnte diese geheimnisvolle Kraft nicht auf eine einzige Ursache zurückgehen, sondern auf die Wirkung mehrerer interagierender Quantenfelder. Dadurch könnte es Zonen im All geben, in denen die Dunkle Energie klumpt und damit verstärkt wirkt.

In unserem Universum muss es eine Kraft geben, die der Gravitation entgegenwirkt und dadurch die Ausdehnung des Kosmos vorantreibt. Doch woraus diese Dunkle Energie besteht und wie sie genau wirkt, ist völlig unbekannt. Selbst ihre Existenz ist bislang bloße Theorie. Einige Forscher vermuten, dass Quantenfluktuationen im Vakuum hinter der Dunklen Energie stecken könnte. Vertreter der Quintessenz-Hypothese sehen eher ein Skalarfeld als Urheber – eine Art Energiefeld, das ähnlich wie das Higgs-Feld mit Materie wechselwirken kann.

Doch trotz intensiver Suche sind Physiker bisher einer Lösung des Dunkle-Energie-Rätsels nicht viel näher gekommen. Allerdings haben Experimente einige Varianten eines Quintessenzfelds bereits ausgeschlossen, darunter das „Chamäleonfeld“ oder die „Symmetronen„.

Multiple Felder statt nur einem

Jetzt gibt es eine neue Hypothese: Forscher um Yashar Akrami von der Sorbonne Universität in Paris postulieren, dass die Dunkle Energie vielleicht nicht nur auf einem Skalarfeld beruht, sondern auf der Wechselwirkung von mehreren. „Dunkle Energie mit multiplen Feldern ist unserer Ansicht nach theoretisch gut begründbar und sie sagt bestimmte beobachtbare Merkmale voraus“, erklären sie.

Ihrem Modell nach entsteht die auseinandertreibende Kraft der Dunklen Energie, weil mehrere zeitlich veränderliche Quantenfelder im Kosmos miteinander und minimal auch mit der Materie interagieren. Dies bewirkt einen entscheidenden Unterschied zur klassischen Quintessenz-Hypothese: Bei nur einem Skalarfeld gleichen fast lichtschnelle Fluktuationen alle Ungleichheiten aus, so dass die Dunkle Energie überall nahezu homogen und gleichstark wirkt.

„Klumpen“ aus Dunkler Energie

Anders ist dies bei einer Dunklen Energie aus multiplen Feldern: „Die Modelle, die wir hier betrachten, beschreiben eine Form der Dunklen Energie, die Cluster bilden kann“, erklären Akrami und sein Team. Durch die Interaktion der Felder gleichen sich Fluktuationen deutlich langsamer aus, so dass es zu lokalen Unterschieden kommen kann. Im Universum könnte es dadurch Gebiete mit langsamerer und Gebiete mit schnellerer Expansion geben.

Diese Unterschiede könnten erklären, warum Astronomen bei der Messung der kosmischen Ausdehnung zu abweichenden Werten kommen. Zudem hat eine andere Forschergruppe vor kurzem ebenfalls die Existenz einer geklumpten Dunklen Energie vorgeschlagen. Sie postulieren die Existenz sogenannter Generic Objects of Dark Energy (GEODE), die durch den atypischen Kollaps von einigen der allerersten Sterne entstanden sein sollen. Akrami und seine Kollegen halten dagegen den ganzen Kosmos durchziehende Felder Dunkler Energie für wahrscheinlicher.

Bei Turbulenzen nachweisbar

Das Problem: Unter normalen Umständen sind diese Felder und die von ihren Interaktionen verursachten Verklumpungen nicht nachweisbar. „Trotz qualitativer Unterschiede in seiner Physik imitiert unser Modell das Standardmodell so effektiv, dass es auf Hintergrund-Niveau von diesem ununterscheidbar ist“, erklären die Wissenschaftler.

Das ändere sich aber, wenn Störungen auftreten. Sie können zu einem „Verklumpen“ der Dunklen Energie führen, die schon mit der nächsten Generation von Teleskopen und Messinstrumenten nachweisbar wären. „Damit liefert dieses Merkmal eine gute Möglichkeit, um diese und ähnliche Modelle der Dunklen Energie gegen das Standardmodell der kosmologischen Konstante zu testen“, sagen Akrami und sein Team. (Preprint, 2020, arXiv:2008.13660)

Quelle: arXiv