Dienstag, 17. September 2013

Alternative zum Urknall: Erzeugte ein hyperdimensionales Schwarzes Loch unser Universum


Archiv: Künstlerische Darstellung eines Schwarzen Lochs. | Copyright: NASA

Waterloo (Kanada) - Statt in einem plötzlichen Ur-Knall aus einer sogenannten Singularität - einem winzigen Punkt also in dem Zeit und Raum in einem einzigen nicht wissenschaftlichen zu beschreibenden Zustand komprimiert sind, skizzieren kanadische Astrophysiker auf der Grundlage der Arbeit deutscher Kollegen aus dem ein gänzliches neues Szenario der Entstehung des Universums. Demnach entstand unser dreidimensionales Universum durch den Kollaps eines vierdimensionalen Sterns zu einem hyperdimesionalen Schwarzen Loch. Obwohl recht komplex, so könnte die Theorie zustände unseres dreidimensionalen Universums erklären, an denen die bisherige Urknall-Theorie scheitert.

Wie die Forscher um Niayesh Afshordi vom Perimeter Institute for Theoretical Physics im kanadischen Waterloo vorab auf "arXiv.org" berichten, wäre unser Universum demnach sozusagen aus Trümmerteilen hervorgegangen, die herausgeschleudert wurden als ein vierdimensionaler Stern zu einem Schwarzen Loch kollabierte.


Mit dem Urknall-Modell hingegen sei kaum zu erklären, wie ein derart uniformes Universum wie unser Kosmos entstanden sein soll, dessen Temperatur überall und in alle Richtungen annähernd homogen ist. Hauptproblem für die Urknall-Theorie ist, dass das Universum schlichtweg noch gar nicht genug Zeit gehabt hätte, um sich auf eine derart ausgewogenen Temperatur abzukühlen, erläutern die Forscher.


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Um dieses Paradoxon zu lösen, bedienen sich die meisten Kosmologen einer hypothetischen Energieform, die sogenannte Dunkle Energie, die das noch junge Universum mit Überlichtgeschwindigkeit aufgebläht haben soll, sodass sich ein zunächst relativ kleiner Flecken gleicher Temperatur gleichmäßig in die Weiten des heutigen Kosmos ausbreiten konnte.


"Allerdings war der Urknall so chaotisch", gibt Afshordi zu bedenken, "dass es völlig unklar ist, wo und wie dieser vergleichsweise kleine Fleck homogener Temperatur gewesen sein soll."


In ihrer aktuellen Arbeit berufen sich Afshordi und Kollegen auf das schon im Jahre 2000 von Wissenschaftlern um Gia Dvalo von der Ludwig-Maximilian-Universität in München vorgeschlagene Modell, nach dem unser dreidimensionales (3D) Universum lediglich eine Art Membrane sei, die durch ein Universum mit vier Raumdimensionen treibe.


Anhand ihrer Untersuchungen stellten Afshordi und Kollegen fest, dass wenn ein solches 4D-Universum auch seine eigenen massereichen 4D-Sterne hätte, dass diese auch wie unsere 3D-Sterne am Ende ihres Lebens in einer Supernova-Explosion ihre äußeren Hüllen ins All schleudern, während ihre inneren Schichten zu 4D-Schwarzen Löchern kollabieren könnten - genau so, wie sich dieser Vorgang auch in unseren 3D-Universum abspielt


"In unserem Universum wird ein Schwarzes Loch durch eine kugelförmige Oberfläche begrenzt - dem sogenannten 'Ereignishorizont'. Während in einen dreidimensionalen Raummodell also ein zweidimensionales Objekt (eine Oberfläche) benötigt wird, um die Grenze eines Schwarzen Lochs zu erzeugen, benötigt es in dem skizzierten 4D-Universum ein dreidimensionales Objekt und damit einer Form die als "Hypersphäre" bezeichnet wird.


Als die Forscher nun den Sternentod eines 4D-Sterns berechneten entdeckten sie, dass das bei diesem Vorgang herausgeschleuderte Material tatsächlich eine 3D-Membrane um den dreidimensionalen Ereignishorizont bilden und sich langsam ausbreiten würde.


Die Autoren der Studie postulieren auf dieser Grundlage weiter, dass unser 3D-Universum genau eine solche Membrane sein könnte und dass die zuvor anhand der Berechnungen vorhergesagte Ausbreitung dieser Schicht der beobachtbaren Ausdehnung unseres Universum entsprechen könnte. "Astronomen haben die Ausdehnung unseres Universums gemessen und anhand dieser Beobachtung zurückgerechnet, dass das Universum in einem einzigen (punktuellen) Knall entstanden sein muss." Dieses Bild, so erläutert Afshordi, "könnte aber auch nur eine Illusion sein".


Das neue Modell erkläre zugleich auch die Uniformität des Universum, da das uns umgebende 4D-Universum zum Zeitpunkt der Entstehung unseres 3D-Universums bereits unendlich lange existiert haben könnte und in Teilen dieses 4D-Univesums so zahlreiche Möglichkeiten für ein Temperaturgleichgewicht ergeben haben könnten, wie es dann von dem entstanden (unseren) 3D-Universum übernommen worden sein könnte.


Zugleich offenbare aber auch das Modell von Afshordi und Kollegen einige Probleme, erläutert der Nature-Kommentar: "Erst in diesem Frühjahr veröffentlichte das europäische Weltraumobservatorium 'Planck' die bislang genaueste Karte der Temperaturunterschiede in der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung des frühen Universums und dieses Muster stimmt mit dem, anhand der Urknall-und Ausdehnungs-Theorie vorhergesagtem Muster nahezu überein (...wir berichteten).


Afshordis Theorie des vierdimensionalen Schwarzen Lochs weicht von den Planck-Beobachtungen jedoch um 4 Prozent ab - ein Umstand, den die Forscher durch eine noch genauere Abstimmung ihres Modell jedoch schon bald beheben wollen.


Trotz der Abweichung von den Beobachtungen lobt Dvali die Arbeit des Teams um Afshordi: "Die Vorstellung einer Singularität ist das Hauptproblem der modernen Kosmologie. (Afshordi und Kollegen) haben diese Geschichte nun neu geschrieben, sodass wir dieses Problem überhaupt nicht haben. (...) Auch wenn die Planck-Daten die Aufblähung des Universums stützen, so lassen sie doch auch die Frage offen, wie bzw. wodurch diese Aufblähung passiert sein soll. Die aktuelle Studie könnte zeigen, wie diese Ausdehnung (wenn auch nicht durch den Urknall), dann aber durch die Bewegung unseres Universums durch eine höherdimensionale Wirklichkeit ausgelöst wird."


- Den vollständigen Originalartikel finden Sie HIER


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Quelle: nature.com

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