Wir alle wissen, dass alles begann, als der Urknall unser Universum in die Realität explodierte, oder? Nun ja, nicht unbedingt.
Eine überzeugende neue Theorie zur Entstehung unseres Universums legt nahe, dass die Entstehung unseres Universums möglicherweise nicht nur mit dem einzigen heftigen Anfall begonnen hat, den wir alle kennen, sondern dass der Urknall tatsächlich eine Erholung von einer früheren Kontraktion war.
Dieser frühere, massive Gravitationskollaps hätte ein ehemaliges Galaxienuniversum effektiv zu einem unendlich kleinen, enorm heißen und extrem dichten Nugget der Vernachlässigbarkeit verdichtet – viel kleiner als ein Atom –, das als Singularität bekannt ist.
Als dieser potenzielle Kollaps stattfand, hätte er fast alles aufgesaugt, aber möglicherweise einige ehemalige Schwarze Löcher zurückgelassen, die bis heute als „kosmische Fossilien“ überlebt haben, wie ein Team von Wissenschaftlern des Instituts für Kosmologie und Gravitation der britischen Universität Portsmouth und des Instituts für Weltraumwissenschaften in Barcelona vorgeschlagen hat.
Ihre Forschung, veröffentlicht in der Zeitschrift Körperliche Untersuchung D, stellt die Hypothese auf, dass diese verbleibenden Schwarzen Löcher zu einem Teil des Gefüges unseres Universums wurden, als der Urknall explodierte und das sich schnell ausdehnende Universum schuf, das wir alle kennen und lieben.
„Wenn diese Theorie richtig ist, könnten diese ursprünglichen Weltraumobjekte dazu beitragen, mehrere seit langem bestehende Rätsel der Kosmologie zu erklären, darunter die Natur der Dunklen Materie und die Prozesse, die zur Entstehung von Galaxien führten“, sagte das Team.
Diese Theorie eines durch den Rebound entstandenen Universums wird vorläufig als „Universum des Schwarzen Lochs“ bezeichnet.
Professor Enrique Gaztañaga, Hauptautor der Studie, sagte: „Fast ein Jahrhundert lang haben Kosmologen die Geschichte des Universums auf einen einzigen dramatischen Moment zurückgeführt, der als Urknall bekannt ist. Im Standardbild entstanden Raum und Zeit vor etwa 13,8 Milliarden Jahren aus einem extrem heißen, dichten Zustand, gefolgt von Milliarden Jahren kosmischer Expansion und Galaxienbildung.“
„Dieses Modell war bemerkenswert erfolgreich. Es erklärt den kosmischen Mikrowellenhintergrund – die schwache Strahlung, die vom frühen Universum übrig geblieben ist – und sagt genau voraus, wie Galaxien über große kosmische Entfernungen verteilt sind.“
„Aber einige der tiefsten Rätsel der Physik bleiben ungelöst. Wir wissen immer noch nicht, was den Urknall auslöste, warum das Universum in einem so besonderen Zustand begann, was den kurzen Ausbruch schneller Expansion verursachte, der als Inflation bekannt ist, oder was die unsichtbare ‚Dunkle Materie‘ ist, die die gewöhnliche Materie um etwa fünf zu eins übertrifft.“
Er fügte hinzu: „Unsere Forschung untersucht eine Möglichkeit, die mehrere dieser Rätsel verbinden könnte: Das Universum hat möglicherweise überhaupt nicht mit einem einzelnen Knall begonnen, sondern ist stattdessen aus einem kosmischen Aufprall hervorgegangen, der die Inflation nachahmt, wobei einige der ältesten Objekte im Universum möglicherweise als Relikte von davor überlebt haben.“
Das Team geht davon aus, dass sich in diesem theoretischen Szenario einige Schwarze Löcher in der früheren kosmischen Phase gebildet haben und dann den Sprung überlebt haben könnten, wobei sie Reliktobjekte zurückließen, die Milliarden von Jahren später noch immer die Struktur von Galaxien beeinflussen könnten.
Kurz nach dem Abprall könnten sich dann aufgrund „verstärkter Dichteschwankungen“ weitere Schwarze Löcher gebildet haben, die dadurch entstehen, dass die Materie im frühen Universum ungleichmäßig in stärkeren, „ausgeprägteren Klumpen als üblich“ verteilt war.
„Diese Materieklumpen würden dann unter ihrer eigenen Schwerkraft leichter kollabieren, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass sich frühzeitig große kosmische Strukturen (und Schwarze Löcher) bilden“, sagte das Team.
Eine der größten Frustrationen, die Physiker heute mit Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie haben, betrifft Singularitäten – die Punkte im Zentrum von Schwarzen Löchern oder den Punkt, an dem der Urknall ausbrach.
Dies liegt daran, dass sie einen Zusammenbruch der Theorie selbst darstellen. Es wird nicht beschrieben, wie die Dichte unendlich wird und die bekannten Gesetze der Physik außer Kraft treten. Viele Physiker interpretieren dies daher als Zeichen dafür, dass unsere aktuelle Beschreibung der frühesten Momente des Universums unvollständig ist.
Anstatt in eine unendliche Singularität zu kollabieren – eine problematische Theorie – schlägt die neue Theorie vor, dass das Universum stattdessen zu einer sehr hohen, aber endlichen Dichte kollabiert, bevor es diese Bewegung in einer explosiven Expansion umkehrt.
Professor Gaztañaga fügte hinzu: „Singularitäten signalisieren oft, dass unsere theoretische Beschreibung ihre Grenzen erreicht hat. Ein Sprung bietet dem Universum die Möglichkeit, von der Kontraktion zur Expansion überzugehen, ohne dass neue exotische Physik erforderlich ist.“
Wichtig ist, dass die Berechnungen des Teams darauf hindeuten, dass „kompakte Objekte mit einer Größe von mehr als etwa 90 Metern den Übergang passieren und im expandierenden Universum als Fossilien von früher wieder auftauchen könnten“.
Zu den möglichen weiteren Relikten gehören neben Schwarzen Löchern auch Gravitationswellen und Dichteschwankungen, sagten sie.
„Diese Reliktschwarzen Löcher könnten helfen, Dunkle Materie zu erklären, die unsichtbare Substanz, die Galaxien und die großräumige Struktur des Universums formt. Wenn sich während des Sprungs große Mengen bilden würden, könnten sie einen erheblichen Teil – möglicherweise sogar die gesamte – der Dunklen Materie ausmachen“, sagte Professor Gaztañaga.
„Wenn unmittelbar nach dem Sprung bereits massive Schwarze Löcher existierten, müsste das frühe Universum beim Aufbau der ersten Galaxien nicht bei Null anfangen“, fügte er hinzu.
Das Team hat Tests vorgeschlagen, die dabei helfen könnten, herauszufinden, ob die Theorie Bestand hat oder ob sie Lücken aufweist. Dazu gehörten Astronomen, die Reliktgravitationswellen aus einer früheren kosmischen Phase identifizierten, oder „subtile Muster im kosmischen Mikrowellenhintergrund, die Spuren des Universums vor dem Urknall bewahren“, sagten sie.
Professor Gaztañaga fügte hinzu: „Wenn das Universum tatsächlich einen Sprung erlebte, könnten die dunklen Strukturen, die heute Galaxien formen, Überreste einer kosmischen Epoche sein, die dem Urknall vorausging.“
