Wissenschaftler haben neue Beweise dafür entdeckt, dass das Universum kurzzeitig von anderen physikalischen Gesetzen beherrscht wurde als heute, was zu einem Verstoß führte, dem wir unsere Existenz verdanken, heißt es in einer neuen Studie.
Die Ergebnisse öffnen ein Fenster in die mysteriöse Epoche der Inflation, einer ultrakurzen Zeitspanne, in der sich das Universum Sekundenbruchteile nach dem Urknall exponentiell ausdehnte.
Durch die Untersuchung von mehr als einer Million Galaxien, die im Rahmen von Himmelsdurchmusterungen beobachtet wurden, konnten Forscher zeigen, dass das Universum galaktische Gruppen häufiger in einer bestimmten Clusterform formte, im Gegensatz zu ihrem Spiegelbild. Dieser Befund verstößt gegen die sogenannte Paritätssymmetrie, eine in unseren aktuellen physikalischen Modellen verankerte Vorstellung, dass das Universum im Wesentlichen symmetrisch ist und keine Form seinem umgekehrten Bild vorzieht.
Wissenschaftler haben schon lange vermutet, dass es im frühen Universum zu einer sogenannten „Paritätsverletzung“ kam, teilweise weil Materie – der Stoff, aus dem wir alle bestehen – irgendwie weitaus häufiger vorkam als Antimaterie, das entgegengesetzt geladene Gegenstück der Materie. Unsere aktuellen physikalischen Gesetze legen nahe, dass sich Materie und Antimaterie nach dem Urknall gegenseitig aufheben sollten, aber das ist offensichtlich nicht geschehen, denn nun ja, wir existieren und bestehen aus Materie, und das gilt auch für viele andere Dinge , wie Sterne, Planeten und Galaxien. Im Vergleich dazu ist Antimaterie heute im Universum sehr selten, ein ungeklärtes Ergebnis, das als eines der größten Rätsel der Wissenschaft gilt.
Jetzt haben Forscher unter der Leitung von Jiamin Hou, einem Postdoktoranden und Kosmologen an der University of Florida, einen Supercomputer verwendet, um einen riesigen Datensatz von Galaxien zu analysieren, die in Billionen verschiedener „Vierlinge“ oder Gruppen von vier Galaxien in unmittelbarer Nähe organisiert sind auf einer tetraedrischen Form.
Die Ergebnisse zeigten eine klare Präferenz für ein Tetraeder gegenüber seinem Spiegelbild und lieferten den ersten Beweis dafür, dass eine Paritätsverletzung in der Inflationsepoche die Ansammlung von Galaxien später in der kosmischen Geschichte beeinflusste. Die neue Entdeckung „eröffnet einen neuen Weg zur Erforschung neuer Kräfte während der Inflationsepoche mit großräumigen 3D-Strukturen“, heißt es eine am Montag veröffentlichte Studie in den monatlichen Mitteilungen der Royal Astronomical Society.
„Was ist der Anfang des Universums? Nach welchen Regeln entwickelt es sich? Warum gibt es etwas und nicht nichts?“ sagte Zachary Slepian, ein UF-Astronomieprofessor und Mitautor der Studie, in einer Stellungnahme. „Diese Arbeit befasst sich mit diesen großen Fragen.“
Die Entdeckung der seltsamen Häufung galaktischer Vierlinge ist ein Signal dafür, dass sich die Gesetze des Universums während der Inflationsepoche in irgendeiner Weise geändert haben könnten. Diese Art von Ereignis kann nicht mit dem Standardmodell der Kosmologie erklärt werden, einem gut bestätigten Rahmen, der viele Phänomene in unserem Universum erklärt. Obwohl das Standardmodell robust ist, birgt es viele potenzielle Herausforderungen, darunter merkwürdige Beweise für die Gesetze der Physik gilt möglicherweise nicht überall im Universum bis heute.
Frühere Studien haben auch aufgedeckte Hinweise von Paritätsverletzungen im frühen Universum, aber ein Großteil dieser Forschung untersucht Wechselwirkungen auf winzigen subatomaren Skalen, während Hous Team die Auswirkungen auf riesigen kosmischen Skalen untersuchte. Die Forscher erläuterten ihren neuartigen Ansatz in einer weiteren neuen Studie: welches diese Woche veröffentlicht wurde in Briefen zur körperlichen Überprüfung.
„Die Erkennung eines paritätsverletzenden Signals in [Large Scale Structure of the universe] würde die Physik des frühen Universums beleuchten und vielleicht sogar physikalische Prozesse jenseits des Standardmodells aufdecken“, sagte das Team in dieser Studie.
Obwohl Hou und ihre Kollegen überzeugende Beweise für eine Paritätsverletzung entdeckt haben, gibt es immer noch Unsicherheiten bei den Messungen, die in den kommenden Jahren überprüft werden müssen. Glücklicherweise sind eine Reihe astronomischer Durchmusterungen der nächsten Generation in Arbeit, darunter das Vera-Rubin-Observatorium in Chile und das Euclid-Teleskop der Europäischen Weltraumorganisation, dessen Start im Juli geplant ist. Diese Projekte werden spektrografische Beobachtungen von äußerst hoher Qualität liefern, die neben vielen anderen Themen für die Untersuchung von Paritätsverletzungen in großem Maßstab nützlich sein werden.
Wir haben das Rätsel, warum das Universum etwas enthält, nämlich Materie, und nicht nichts, wie es nach unserem heutigen Verständnis der Physik hätte sein sollen, noch nicht gelöst. Aber die von Hous Team gemeldeten seltsamen Galaxienhaufen bieten neue Hinweise auf dieses seltsame Ungleichgewicht, das letztendlich zu unserer modernen Realität mit Sternen, Planeten und Menschen auf Planeten führte, die versuchen, all das herauszufinden.
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