Die beschleunigte Ausdehnung des Universums gilt als eine der größten Entdeckungen der modernen Physik und wurde 2011 mit dem Nobelpreis geehrt. Eine Neuauswertung von mehr als 1.700 Supernovae stellt diesen Befund nun infrage. Berücksichtigt das Team das Alter der Sterne, aus denen die Explosionen hervorgehen, deutet die Rechnung auf ein insgesamt bremsendes Universum hin. In derselben Ausgabe des Fachjournals verteidigt eine zweite Arbeit die Beschleunigung, sodass ein offener Streit zwischen zwei Forschergruppen besteht.
Supernovae vom Typ Ia entstehen, wenn ein Weißer Zwerg in einem Doppelsternsystem Material von seinem Begleiter aufsammelt und schließlich in einer thermonuklearen Explosion zerrissen wird. Weil dieser Vorgang stets bei annähernd derselben Masse einsetzt, leuchten alle diese Explosionen ungefähr gleich hell, was sie zu sogenannten Standardkerzen macht. Aus dem Vergleich zwischen der bekannten wahren Helligkeit und der gemessenen scheinbaren Helligkeit lässt sich die Entfernung berechnen, aus der Rotverschiebung des Lichts zusätzlich die Fluchtgeschwindigkeit. Genau mit dieser Methode stellten zwei Teams 1998 fest, dass ferne Supernovae schwächer leuchten als erwartet, woraus sie schlossen, dass sich die Expansion des Universums beschleunigt. Als Antrieb postulierte die Kosmologie die Dunkle Energie, die rund 70 Prozent des Energieinhalts des Kosmos ausmachen soll.
Die gesamte Schlusskette hängt an einer Voraussetzung, nämlich dass sich die Eigenschaften dieser Explosionen im Lauf der kosmischen Geschichte nicht verändern. Genau daran wachsen seit einigen Jahren die Zweifel. Mehrere Arbeitsgruppen berichteten von einem Zusammenhang zwischen der standardisierten Helligkeit einer Supernova und dem Alter der Sternpopulation in ihrer Heimatgalaxie. Weil ferne Supernovae aus einer früheren Epoche stammen, in der die Sterne im Mittel jünger waren als heute, würde ein solcher Effekt die Entfernungsmessung systematisch verzerren. Sind junge Vorläufersterne bei gleichen Messgrößen etwas schwächer, erschienen ferne Explosionen zu weit entfernt, und der Eindruck einer Beschleunigung entstünde ohne eine treibende Kraft.
Ein Team um Animesh Sah und Mohamed Rameez vom Tata Institute of Fundamental Research in Mumbai sowie Subir Sarkar vom Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics der Universität Oxford nahm sich den Katalog Pantheon+ vor, der Beobachtungen von mehr als 1.700 Supernovae vom Typ Ia vereint und als wichtigste Datengrundlage der Supernova-Kosmologie gilt. Die Forscher wendeten eine rotverschiebungsabhängige Korrektur für das Vorläuferalter an und untersuchten anschließend den Verzögerungsparameter, also jene Größe, die angibt, ob sich die Expansion beschleunigt oder verlangsamt. Nach der Korrektur verschob sich der gleichmäßige Anteil dieses Parameters in den positiven Bereich, was einer Abbremsung entspricht, wie die im Fachjournal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society erschienene Analyse darlegt.
Für die Autoren wiegt ein zweiter Befund noch schwerer. Die scheinbare Beschleunigung zeigt in ihren Rechnungen eine klare Vorzugsrichtung und weist überwiegend dorthin, wohin sich unsere kosmische Nachbarschaft selbst bewegt, erkennbar am Dipol der kosmischen Hintergrundstrahlung. Zudem nimmt der Effekt mit wachsender Entfernung ab. Eine Eigenschaft des Quantenvakuums müsste dagegen in alle Richtungen gleich wirken, weshalb die Forscher darin ein Argument gegen die Dunkle Energie sehen, das unabhängig von jeder Helligkeitskorrektur gilt, wie die Mitteilung der Universität Oxford zur Studie erläutert. Sie führen die Beobachtung stattdessen auf eine großräumige Strömung der lokalen Materie zurück, die sich mit der allgemeinen Relativitätstheorie beschreiben lässt.
Widerspruch kam umgehend und aus derselben Journalausgabe. Eine Gruppe um Phil Wiseman von der Universität Southampton, an der auch Oxforder Forscher beteiligt sind, argumentiert, die Altersabhängigkeit sei entweder vernachlässigbar oder im Datensatz bereits korrigiert. Die Kritiker werfen der Gegenseite unter anderem vor, eine Standardisierung nach der Masse der Heimatgalaxie ausgelassen und den Altersunterschied zwischen nahen und fernen Supernovae überschätzt zu haben. Beide Lager haben inzwischen mehrfach nachgelegt. Diese Kontroverse betrifft ausschließlich die Supernova-Daten, denn Hinweise auf Dunkle Energie stammen auch aus der kosmischen Hintergrundstrahlung und der Verteilung der Galaxien, wobei ihre Aussagekraft ebenfalls umstritten ist. Auf forschung-und-wissen.de wurde die Gegenposition bereits dargestellt, nämlich dass eine Analyse die Beschleunigung des Universums bestätigt.
Entschieden wird der Streit voraussichtlich durch schiere Datenmenge. Das Rubin-Observatorium in Chile hat mit seiner Durchmusterung des Himmels begonnen und soll über zehn Jahre hinweg Messungen von hunderttausenden Supernovae liefern, also dem Hundertfachen des heutigen Bestands. Mit dieser Stichprobe ließe sich prüfen, ob die Beschleunigung tatsächlich existiert, ob sie eine Richtungsabhängigkeit zeigt und wie stark der Alterseffekt der Vorläufersterne wirklich ausfällt. Bis dahin bleibt die Lage offen, denn beide Seiten arbeiten mit demselben Datensatz und kommen zu gegensätzlichen Ergebnissen. Wie sehr die Physik nach Alternativen sucht, zeigen auch Ansätze, nach denen die Dunkle Materie im Takt einer fünften Dimension schwingt.
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Pantheon+ supernovae corrected for progenitor age indicate the universe is decelerating; doi:10.1093/mnras/stag844