Ottawa (Kanada) – Laut dem bislang etablierten kosmologischen Standardmodell ist unser Universum rund 13,8 Milliarden Jahre alt, besteht mehrheitlich aus Dunkler Materie und wird seit dem Urknall von sogenannter Dunkler Energie auseinandergetrieben. Nun hat eine dazu alternative Kosmologie, die allerdings ohne Dunkle Materie und Dunkle Energie auskommt und das Alter des Universums auf 26,7 Milliarden Jahre veranschlagt, mehrere wichtige kosmologische Tests bestanden.
Copyright: ESA/Webb, NASA & CSA
Wie Prof. Rajendra Gupta und der Postdoktorand Nikolaos Samaras von der University of Ottawa aktuell im Fachjournal „Universe“ (DOI: 10.3390/universe12070193) berichten, trägt ihr Modell die Bezeichnung „CCC+TL“ für „Covarying Coupling Constants plus Tired Light“. Das Modell geht davon aus, dass Beobachtungen, die bislang Dunkler Materie und Dunkler Energie zugeschrieben werden, möglicherweise durch Veränderungen fundamentaler Naturkonstanten erklärt werden können. Diese Konstanten bestimmen, wie Kräfte und Teilchen miteinander wechselwirken.
Alternative zum Standardmodell der Kosmologie
Seit Jahrzehnten suchen Kosmologen nach Dunkler Materie und Dunkler Energie. Obwohl sie zum Funktionieren des kosmologischen Standardmodells grundlegend notwendig sind, wurden beide bislang jedoch nicht direkt nachgewiesen. Zugleich werfen Beobachtungen ungewöhnlich großer und entwickelter Galaxien im frühen Universum Fragen zum etablierten kosmologischen Standardmodell Lambda-CDM auf.
Da das alternative Modell die bekannten Einsteinschen Feldgleichungen und die Friedmann-Gleichungen verändert, mussten die Forscher für ihre Untersuchungen eigene, an CCC+TL angepasste Gleichungen und Computerprogramme entwickeln. Eine bloße Anpassung der für das Standardmodell verwendeten Berechnungsverfahren war demnach nicht möglich.
Mehrere kosmologische Tests bestanden
Bei den Untersuchungen stimmten die Vorhersagen des Modells zur Entstehung leichter Elemente kurz nach dem Urknall mit den Berechnungen des Standardmodells überein. Das betrifft insbesondere die Mengen von Wasserstoff, Helium und weiteren leichten Elementen. Auch Messungen sogenannter kosmischer Chronometer ließen sich mit CCC+TL vereinbaren. Diese Methode nutzt das Alter von Galaxien, um die Entwicklung der kosmischen Expansionsgeschwindigkeit zu rekonstruieren.
In einer weiteren, 2025 im Fachjournal „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“ (MNRA, DOI: 10.1093/mnras/stag1777) veröffentlichten Untersuchung wandten die Forscher ihr Modell auf sämtliche 175 Galaxien der SPARC-Datenbank an. Dabei konnten sie deren Rotationskurven nach eigenen Angaben auch ohne die Annahme Dunkler Materie reproduzieren.
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Eine weitere Studie der Autoren zur Zeitdehnung bei Supernova-Beobachtungen liefert ebenfalls Hinweise zugunsten des Modells. Diese Arbeit befindet sich allerdings derzeit noch im Peer-Review-Begutachtungsverfahren.
Auch den sogenannten „Bullet Cluster“ untersuchten Gupta und Samaras. Bei diesem Galaxienhaufen lässt sich ein zusätzlicher Gravitationseffekt beobachten, der im Standardmodell als Hinweis auf Dunkle Materie gilt. Im CCC+TL-Modell folgt der vorhergesagte Effekt den Galaxien und nicht dem heißen, im Röntgenlicht sichtbaren Gas. Die Forscher bezeichnen diese Übereinstimmung allerdings selbst lediglich als einen „ersten Machbarkeitsnachweis“, der weiterer Untersuchungen bedarf.
Mehr Zeit für die Entstehung früher Galaxien
Besonders interessant könnte das Modell für die Erklärung ungewöhnlich großer und entwickelter Galaxien sein, die Astronomen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop im frühen Universum entdeckt haben. Nach dem Standardmodell war das Universum während der sogenannten kosmischen Morgendämmerung erst rund 300 Millionen Jahre alt. Laut den Berechnungen des CCC+TL-Modells von Gupta und Samaras wäre es zum gleichen beobachteten Zeitpunkt hingegen bereits etwa 4,6 Milliarden Jahre alt gewesen.
Damit hätten Galaxien deutlich mehr Zeit gehabt, sich zu entwickeln. Entsprechend fallen sie in den Berechnungen der Forscher etwa zwölfmal größer und massereicher aus als im Standardmodell.
Überprüfung in absehbarer Zeit möglich
Eine überprüfbare Vorhersage könnte das geplante GLIMPSE-Beobachtungsprogramm des James-Webb-Teleskops liefern. Es soll nach Galaxien in extrem großen kosmologischen Entfernungen suchen, die Rotverschiebungen von mehr als 50 erreichen könnten. Nach dem Standardmodell wäre die Entstehung massereicher Galaxien zu solch frühen Zeiten kaum zu erwarten. Das CCC+TL-Modell sieht hierfür hingegen keinen vergleichbaren zeitlichen Grenzwert.
Trotz der bislang ermutigenden Ergebnisse bleibt das Modell nur eine alternative Theorie, deren Tragfähigkeit durch weitere unabhängige Beobachtungen und Untersuchungen bestätigt werden muss. Die Forscher sehen in den bisherigen Übereinstimmungen jedoch einen Anlass, CCC+TL als mögliche Erweiterung der etablierten Kosmologie ernsthaft weiterhin zu prüfen und in Betracht zu ziehen.
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Recherchequelle: University of Ottawa
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