Der mögliche Beweis des Multiversums

Ein Blick in den mysteriösen und umstrittenen Cold Spot

Das Universum begann mit einer heftigen und auffälligen Explosion. Sein Körper war dicht und neblig orange, als das Plasma von einer immensen Menge Wärme durchströmt wurde. In diesem hellen Meer, das der Anfang von allem war, kamen Protonen und Elektronen in Kontakt, um einen blendenden Schein zu erzeugen, der sich stark von dem dunklen Himmel unterscheidet, den wir heute sehen. Erst 380.000 Jahre später begannen sich die ersten Atome bei kälteren Temperaturen zu bilden, was die Entstehung von Wasserstoff und Helium ermöglichte, die schließlich den Sternen Platz machten, den schönen Lichtpunkten im Universum, an denen Kohlenstoff, Sauerstoff und Eisen sind gemacht. Das heißt, im Rückblick auf den brodelnden, grellen Anfang des Ganzen waren die Dinge ganz anders als in dem kühleren und zahmeren Raum, in dem wir heute leben. Aber es ist die Energie aus dieser chaotischen Zeit, die nur wenige hunderttausend Jahre nach dem Urknall liegt, die uns auf etwas noch Außergewöhnlicheres hinweisen könnte.

Die Energie wird als CMB oder Cosmic Microwave Background bezeichnet. Diese Strahlung ist ziemlich gleichmäßig und variiert normalerweise nicht mehr als 20 Mikrokelvin an einem Punkt auf der Karte. Während es bei der Entstehung der Atome sengende 3.000 Grad Kelvin waren, haben es 13 Milliarden Jahre später durch Expansion näher an 2,725 Grad über dem absoluten Nullpunkt (-454 Grad Fahrenheit oder -270 Grad Celsius) über dem Kosmos gelassen. Die Ausdehnung hat auch dazu geführt, dass sich die Wellenlängen des Lichts von Infrarot zu Mikrowelle verlagern und der Weltraum für das menschliche Auge transparent und wirklich schwarz erscheint. Es gibt jedoch einen Bereich des CMB, den so genannten Cold Spot, der viel stärker abweicht als die üblichen 20 Mikrokelvin. Tatsächlich ist es 150 Mikrokelvin kälter als der Durchschnitt und erstreckt sich über 1 Milliarde Lichtjahre. Der kalte Fleck wurde sowohl von WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe der NASA) als auch vom Planck-Satelliten beobachtet, was bedeutet, dass er nicht nur ein Instrumentenfehler war.

Der Cold Spot wird hier von Szapudi mit PanSTARRS und später vom Planck-Satelliten abgebildet. Bild von ESA Planck Collaboration.

Bis Anfang 2017 hatte eine der führenden Theorien zur Ursache des Cold Spots mit Supersoiden zu tun. Hohlräume im Weltraum sind nicht ganz leer. Sie können selbst mehrere Galaxien beherbergen, sind aber viel weniger dicht als die umliegenden Regionen. Um die Hohlräume werden sich Galaxien in riesigen Wänden zusammenfinden, die als Supercluster bekannt sind - die größten Objekte im Universum. Die Materie wird dann von diesen Strukturen angezogen und von den leeren Taschen, die wir als kosmische Hohlräume kennen, ferngehalten. Der Cold Spot könnte sich gebildet haben, als die CMB-Strahlung einen der Supersoiden durchquerte, und seine Eigenschaften wurden dann durch den ISW-Effekt beeinflusst. Dies würde den Eindruck erwecken, dass ein kalter Fleck existiert, wenn wirklich keiner da ist. Der ISW-Effekt (Integrated Sachs-Wolfe) hat mit Photonen zu tun, die durch Regionen mit viel Materie oder ohne Materie gelangen. Nähert sich ein Photon einem Gebiet, das reich an Materie ist, erhält es mehr Energie aus der Schwerkraft der Materie. Da die Ausdehnung die Anziehungskraft der Materiedichte zum Zeitpunkt des Austritts des Photons verringert hat, hat das Photon dann einen Energiegewinn und wir werden dies auf dem CMB als Temperaturanstieg sehen. Im Gegenteil, wenn Photonen in eine Leere eintreten, verlieren sie Energie, weil die Regionen, die reich an Materie sind, sie zurückziehen. Während sie beim Verlassen die Energie zurückgewinnen sollten, vergrößert die Expansion die Lücke, wenn die Photonen ihren Weg überqueren, und so bleibt ihnen letztendlich weniger Energie und der Bereich des CMB sieht viel kühler aus.

Die Supermoid-Theorie basierte also darauf, dass CMB-Photonen Energie verlieren, wenn sie einen Hohlraum passieren, wodurch dieser Bereich der Karte kalt erscheint.

Es war eine Theorie, die erstmals im Jahr 2006 vorgeschlagen wurde und Beweise dafür zu gewinnen schien, wie eine Studie der Universität von Hawaii im Jahr 2015 behauptete, eine 1,8-Milliarden-Lichtjahr-Lücke in Richtung Cold Spot entdeckt zu haben. Andere Teams hatten jedoch seitdem Probleme, diese Ergebnisse zu reproduzieren. In einer Studie aus dem Jahr 2017 wurde die Theorie der Supervoiden von einer Forschungsgruppe der Durham University widerlegt, die eine Rotverschiebungsumfrage durchführte und 7.000 Galaxien in Richtung Cold Spot kartieren konnte. Die Umfrage ergab 3 große Hohlräume - und einen möglichen vierten - aber selbst diese Hohlräume hätten die Temperatur nur um 32 Mikrokelvin verringert und nicht um 150 Mikrokelvin, die am kalten Fleck beobachtet wurden. Die Studie der Durham University (geleitet von Ruari Mackenzi und Tom Shanks) sammelte spektroskopische Daten, die als genauer angesehen wurden als die photometrischen Daten, die das Team der University of Hawaii gesammelt hatte.

Vor der Umstellung von analog auf digital war ein Teil der im Fernsehen beobachteten statischen Aufladung CMB-Strahlung. Einige Zwischensender von UKW-Radiosendern können diese Strahlung auch in Form von weißem Rauschen empfangen. Bild von DBB.

Wenn es sich nicht um einen Supervoid handelt, der diese Anomalie in der CMB verursacht, was ist das?
Es könnte nur Zufall sein. Simulationen zufolge kann ein Punkt wie der beobachtete einem von 50 Universen passieren, was bedeutet, dass wir möglicherweise nur in einem bestimmten Universum existieren. Das Paper von Mackenzi und Shanks schätzt die Wahrscheinlichkeit einer solchen kalten Region nach unserem Standardmodell der Kosmologie auf 1–2%.

Aber es gibt eine aufregendere Theorie, die nicht ausgeschlossen wurde: die des Multiversums. Diese besondere Idee des Multiversums geht auf die Inflation zurück, kurz nach dem Urknall, als das Universum rapide und großartig anwuchs. Dieser Prozess wird von Wissenschaftlern genutzt, um die beeindruckende Größe und Form des Universums zu erklären, die wir heute sehen.

Viele Versionen der Inflation sagen, dass es ewig ist. Sobald es anfängt, geht es für immer weiter, außer in kleinen Taschen. Unser Universum wäre ein Beispiel für eine der kleinen Taschen - oder Blasen -, in denen die Inflation aufgehört hat. Diese normalen Universen entstehen durch Inflation, sobald sie eine stabile Vakuumenergie haben. Zu diesem Zeitpunkt beginnt es mit einer normalen Geschwindigkeit zu expandieren. Wenn unsere Universumsblase frühzeitig auf eine andere Blase gestoßen wäre, hätte dies möglicherweise Spuren auf dem CMB hinterlassen, oder auf dem, was wir als Cold Spot betrachten. Diese beiden Universen verschmelzen, sobald sie kollidieren und sie werden Energie austauschen. Abhängig davon, wie weit von uns entfernt die Fusion stattgefunden hat, könnte sie auf der Karte der CMB entweder wie ein kalter oder ein heißer Punkt aussehen.

Professor Tom Shanks zufolge ist „das verrückteste Klingen der exotischen Modelle der Erklärung des Kalten Flecks, des Multiversums, in Bezug auf unser aktuelles Modell des Universums der Standard.“

Zufällige Quantenfluktuationen könnten die kleinen Temperaturschwankungen auf dem CMB verursacht haben. Diese haben dann während des Aufblasens an Größe zugenommen.

Einer der Kritikpunkte gegen die Multiversum-Theorie ist, dass das Universum wahrscheinlich viel größer ist als das, was wir erkennen. Dies lässt die Wahrscheinlichkeit, dass ein anderes Universum an einem wahrnehmbaren Teil des Himmels in uns zusammenstößt, unglaublich gering sein. Dann besteht die Möglichkeit menschlicher Fehler. Aufgrund der statistischen Algorithmen, die zum Messen von Variationen im CMB erforderlich sind, können Anomalien auf verrauschte Daten zurückzuführen sein. Weitere Beobachtungen und Datenanalysen, insbesondere vom Planck-Satelliten, werden in Zukunft Theorien zum Cold Spot entweder stützen oder widerlegen.

Im Moment existieren wir ohne Antworten, spähen auf die Strahlung um uns herum und fragten uns, was diesen kühlen, lauernden Ort wohl geformt haben könnte. Ob durch ein Multiversum verursacht oder nicht, es strahlt ein Mysterium und eine Herausforderung für unser derzeitiges kosmologisches Modell aus. Es wirft uns weit mehr Fragen als Antworten auf, lässt aber auch unserer Fantasie freien Lauf und eröffnet uns die wilde Möglichkeit, dass wir ja, vielleicht doch nicht allein sind.