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 mit einer immensen Wärmemenge sprudelte. In diesem hellen Meer, das der Anfang von allem war, kamen Protonen und Elektronen in Kontakt, um ein blendendes Leuchten zu erzeugen, das sich stark von dem dunklen Himmel unterscheidet, den wir heute sehen. Erst 380.000 Jahre später begannen sich die ersten Atome bei den kühleren Temperaturen zu bilden, was die Geburt von Wasserstoff und Helium ermöglichte, die schließlich den Sternen Platz machten, den schönen Lichtpunkten im Universum, an denen Kohlenstoff, Sauerstoff und Eisen werden gemacht. Das heißt, im Rückblick auf den brütenden, grellen Anfang von allem 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, nur wenige hunderttausend Jahre nach dem Urknall, 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 beliebigen Punkt auf der Karte. Während es bei der ersten Bildung von Atomen sengende 3.000 Grad Kelvin waren, haben es nach über 13 Milliarden Jahren Expansion im gesamten Kosmos näher an 2,725 Grad über dem absoluten Nullpunkt (-454 Grad Fahrenheit oder -270 Grad Celsius) gelegen. Die Expansion hat auch dazu geführt, dass sich die Wellenlängen des Lichts von Infrarot zu Mikrowelle verlagern und der Weltraum für das menschliche Auge transparent und echt schwarz erscheint. Aber es gibt einen Bereich des CMB, den Cold Spot, der viel mehr abweicht als die üblichen 20 Mikrokelvin. Tatsächlich ist es 150 Mikrokelvin kälter als der Durchschnitt und erstreckt sich über 1 Milliarde Lichtjahre. Der Cold Spot wurde sowohl von WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) der NASA als auch vom Planck-Satelliten beobachtet, was bedeutet, dass er nicht das Produkt eines bloßen instrumentellen Fehlers war.

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

Bis Anfang 2017 hatte eine der führenden Theorien zur Ursache des Cold Spot mit Supervoiden zu tun. Hohlräume im Raum sind nicht ganz leer; Sie können selbst mehrere Galaxien beherbergen, sind aber viel weniger dicht als die umliegenden Regionen. Um die Hohlräume herum werden Galaxien in riesigen Wänden zusammenkommen, die als Supercluster bekannt sind - die größten Objekte im Universum. Materie wird dann zu diesen Strukturen und weg von den leeren Taschen gezogen, die wir als kosmische Hohlräume kennen. Der kalte Punkt könnte sich gebildet haben, als die CMB-Strahlung einen der Supervoide durchquerte und seine Eigenschaften dann durch den ISW-Effekt beeinflusst wurden. Dies würde den Eindruck erwecken, dass ein kalter Fleck existierte, als es wirklich keinen gab. Der ISW-Effekt (Integrated Sachs-Wolfe) hat mit Photonen zu tun, die durch Materie-reiche oder Materie-fehlende Regionen des Raums laufen. Wenn sich ein Photon einem Bereich nähert, der reich an Materie ist, erhält es mehr Energie aus der Schwerkraft der Materie. Da die Expansion die Anziehungskraft des Materiedichtenbereichs zum Zeitpunkt des Austritts des Photons geschwächt 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 Materie-reichen Regionen sie zurückziehen. Während sie beim Verlassen die Energie zurückgewinnen sollten, vergrößert die Expansion die Leere, wenn die Photonen ihren Weg finden, und so bleibt ihnen letztendlich weniger Energie und der Bereich des CMB sieht viel kühler aus.

Die Supervoid-Theorie basierte also darauf, dass CMB-Photonen Energie verlieren, wenn sie durch eine Leere gehen, was dazu führt, dass dieser Bereich der Karte kalt erscheint.

Es war eine Theorie, die erstmals im Jahr 2006 vorgeschlagen wurde und die Beweise zu gewinnen schien, als 2015 eine Studie der Universität von Hawaii behauptete, eine 1,8-Milliarden-Lichtjahres-Leere in Richtung des kalten Flecks entdeckt zu haben. Andere Teams hatten jedoch seitdem Probleme, diese Ergebnisse zu replizieren. In einer Studie aus dem Jahr 2017 wurde die Supervoid-Theorie von einer Forschungsgruppe der Durham University widerlegt, die eine Rotverschiebungsuntersuchung durchführte und 7.000 Galaxien in Richtung des kalten Flecks kartieren konnte. Die Umfrage ergab 3 große Hohlräume - und einen möglichen vierten -, aber selbst diese Hohlräume hätten die Temperatur nur um 32 Mikrokelvin und nicht um die am Kaltpunkt beobachteten 150 Mikrokelvin gesenkt. Die Studie der Durham University (unter der Leitung von Ruari Mackenzi und Tom Shanks) sammelte spektroskopische Daten, die als genauer angesehen wurden als die photometrischen Daten, die vom Team der University of Hawaii gesammelt wurden.

Vor dem Wechsel von analog zu digital war ein Teil der im Fernsehen sichtbaren statischen Aufladung CMB-Strahlung. Einige Zwischenstationen von FM-Radios können diese Strahlung auch in Form von weißem Rauschen aufnehmen. Bild von DBB.

Was ist, wenn es kein Supervoid ist, das diese Anomalie in der CMB verursacht? Es könnte nur Zufall sein. Simulationen zufolge kann ein Punkt wie der beobachtete 1 von 50 Universen passieren, was bedeutet, dass wir möglicherweise nur in einem ganz besonderen Universum existieren. In der Arbeit von Mackenzi und Shanks wird die Wahrscheinlichkeit einer solchen kalten Region nach unserem Standardmodell der Kosmologie auf 1–2% geschätzt.

Aber es gibt eine aufregendere Theorie, die nicht ausgeschlossen wurde: die des Multiversums. Diese besondere Idee des Multiversums stammt aus der Inflation, dem Moment kurz nach dem Urknall, als das Universum schnell und großartig an Größe zunahm. Dieser Prozess wird von Wissenschaftlern verwendet, um die beeindruckende Größe und Form des Universums zu erklären, die wir heute sehen.

Viele Versionen der Inflation sagen, dass sie ewig ist. Sobald es beginnt, 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. An diesem Punkt beginnt es mit normaler Geschwindigkeit zu expandieren. Wenn unsere Universumsblase schon früh gegen eine andere Blase gestoßen wäre, hätte sie möglicherweise Spuren auf dem CMB hinterlassen können, oder was wir als kalten Punkt betrachten. Diese beiden Universen verschmelzen, sobald sie kollidieren, und sie tauschen Energie aus. Je nachdem, wie weit die Fusion von uns entfernt war, könnte sie entweder wie ein kalter oder ein heißer Punkt auf der Karte des CMB aussehen.

Laut Professor Tom Shanks ist „der verrückteste Klang der exotischen Modelle zur Erklärung des Kalten Flecks, des Multiversums, tatsächlich der Standard in Bezug auf unser aktuelles Modell des Universums.“

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

Eine 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 beobachtbaren Teil des Himmels in uns kollidiert, als unglaublich gering erscheinen. Dann besteht die Möglichkeit menschlicher Fehler. Aufgrund der statistischen Algorithmen, die zum Messen von Variationen in der 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 unterstützen oder widerlegen.

Im Moment existieren wir ohne Antworten, schauen auf die Strahlung um uns herum und fragen uns, was diesen kühlen, lauernden Ort geformt haben könnte. Ob durch ein Multiversum verursacht oder nicht, es strahlt ein Geheimnis und eine Herausforderung für unser aktuelles kosmologisches Modell aus. Es gibt uns zwar weit mehr Fragen als Antworten, lässt aber auch unserer Fantasie freien Lauf und bietet uns die wilde Möglichkeit, dass wir vielleicht doch nicht allein sind.