Spannung zwischen Schöpfung und der Hubbel Konstante: Eine Lösung

Seit dem Tag vor fast einem Jahrhundert, an dem es zuerst postuliert wurde, war das Urknall-Schöpfungsmodell einer ständigen Überprüfung und Weiterentwicklung ausgesetzt. Eine Nichtübereinstimmung zwischen einer Messung der kosmischen Ausdehnungsgeschwindigkeit, die auf die uns nahen Galaxien basiert ist und einer, die auf die kosmische Hintergrundstrahlung basiert ist, hat zu einer Spannung im Verständnis des kosmischen Schöpfungsereignis und der weiteren Entwicklung des Universums. Neue Messungen kosmischer Parameter und Justierungen dieser Messungen können womöglich diese Spannung auflösen.

Die Hubble Konstante ist die Geschwindigkeit mit der das Universum sich ausdehnt. Sie ist die wichtigste Eigenschaft, wenn es darum geht, das richtige Modell der kosmischen Schöpfung zu bestimmen. Diese ist die kosmische Eigenschaft des Universums, das am Ehesten bewiesen hat, dass das Universum einen Anfang haben musste. Damitwird auch festgelegt, dass es einen Urheber hatte. Die Hubble Konstante zeigt, welche Komponenten das Universum ausmachen und wie diese Komponenten genau zusammengesetzt sind, um die Existenz des Lebens undgenauer genommen, was wir höheres Leben nennen, zu ermöglichen. Die Hubble Konstantehat auch das Potential, uns neue Merkmale in den physikalischen Konstanten und Gesetzen der Physik erkennbar zu machen.

Spannung in der Hubble Konstante
Das Standardmodell vom Urknall (Abkürzung, das ⋀CDM Modell), das behauptet, dass von der kosmologishen Konstante (⋀) regierte dunkele Energie, die vorherrschende Komponente des Universums ist, und dasskalte, dunkele Materie(CDM) die zweit-dominanteste kosmische Komponente ist.. Dieses Modell sagt voraus, dass die Geschwindigkeit der kosmischen Ausdehnung vom Anfang des Universums vor 13,79 Millarden Jahren bis zum heutigen Tag um 0.6–1.0% schneller geworden sein sollte. Ein Grund dafür ist, dass die dunkele Energie die Kraft hat, die kosmische Ausdehnung zu beschleunigen, und diese Kraft nimmt mit der Ausdehnung der kosmischen Raumfläche zu. Ein weiterer Grund dafür ist,dass massive Körper im Weltraum sich mit der Ausdehnung des Universums weiter und weiter von einander entfernen. Astronomenhaben tatsächlich einen Übergang von einer sich langsam entschleunigenden kosmischen Expansionsrate zu einer sich langsam beschleunigenden kosmischen Expansionsrate als das Universum um die 9 Milliarden Jahre alt war (vor etwa 5 Milliarden Jahren), entdeckt.

Messungen der Astronomen enthüllen aber eine Diskrepanz in den Messungen der kosmischen Expansionsgeschwindigkeit. Vor zwei Jahren hat ein von Nobelpreisträger Adam Riess die Cepheiden gebraucht, die Entfernungen bis zu den lokalen Galaxien mit Typ Ia Supernovae zu kalibrieren. Aufgrund von dieser Eichung hat Riess’s Team festgestellt, dass das Universum sich mit einer Geschwindigkeit von 74,03 ± 1,42 Kilometer/Sekunde/Megaparsec.¹ (1 Megaparsec = 3,26 Millionen Lichtjahren.) Dieser Wert unterscheidet sich aber vom Wert, der von einer detaillierten Karte der kosmischen Hintergrundsstrahlung im Mikrowellenbereich (CMBR) abgeleitet wurde. Diese Karte zeigt den Zustand des Universums als es nur 380.000 Jahre alt war. Die Expansionsgeschwindigkeit aufgrund der CMBR-Messungen = 67.4 ± 0.5 Kilometer/Sekunde/Megaparsec.² Die Differenz von 6.6 Kilometers/Sekunde/Megaparsec ist 4,7 mal so groß wie die Fehlmessungswahrscheinlichkeit in den Messungen von Riess’ Team. Astronomen nennen diese Differenz die Spannung in der Hubble-Konstante.

Diese Spannung kommt daher, dass eine Diskrepanz von dieser Größe sehr unwahrscheinlich ein statistischer Sonderfall ist. Vielmehr ist es einem oder mehreren systematischen Effekten zu zuschreiben (Instrumentenprobleme in den Teleskopen, die benutzt wurden, diese Beobachtungen zu erzielen und/oder die physikalischen Eigenschaften der beobachteten astronomischen Objekte, die alle Messungen entweder über oder unter den wahren Wert messen lassen) und/oder unvorhergesehene Gesetze oder Konstanten der Physik. Einige haben sogar behauptet, die Spannung in der Hubbel Konstante liefere Beweis dafür, dass “es einen ernsthaften Fehler im Urknallmodell gibt”³ oder dass “dass Urknallmodell falsch ist.”⁴

Resolving the Tension: Observations
Astronomen haben eine zweite, unabhängige Methode, Entfernungen bis zu Typ Ia Supernovae zu messen. Diese Methode ist, dass man die Sterne der Spitze des Roten Riesenasts (tip of the red giant branch (TRGB)) statt der Cepheiden benutzt. Vor eineinhalb Jahren ermittelte ein Team aus 13 Astronomen die aktuelle kosmische Expansionsgeschwindigkeit mittels der TRGB-Sterne. Ihr Wert für die Hubble Konstante = 69,8 ± 0,8 Kilometer/Sekunde/Megaparsec.⁵ Dieser Wert unterscheidet sich von der CMBR-basierten kosmischen Expansionsgeschwindigkeit um 2,4 Kilometer/Sekunde/Megaparsec.

Das Team argumentierte, dass es wahrscheinlicher ist, dass systematische Effekte eine größere Wirkung auf die Cepheid-basierte Messungsmethode als auf die TRGB Methode haben. Nichtsdestotrotz blieb gewisse Spannung noch. Mit dem kleineren Fehlerbalken bleibt die Differenz zwischen den CMBR und TRGB Messungen der Hubble Konstante 3,0 Mal so groß wie der wahrscheinliche Fehler in der TRGB Messung. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die astronomische Messungen der Dichte der Materie und dunklen Energie voraussagen, dass der CMBR Wert für die Hubble Konstante ungefähr um die 0,5 Kilometer/Sekunde/Megaparsec niedriger als der TRGB Wert für die Hubble Konstante sein sollte, ist es noch möglich, dass die verbleibende Differenz von ungefähr 1,9 Kilometer/Sekunde/Megaparsec rein statistisch sein könnte. In dem Fall werden Messungen mit höheren Genauigkeit die Spannung lösen.

Neulich lieferte eine Messung der Hubble Konstante aufgrund von der baryonischen akustischen Oszillation (BAO) Beweis dafür, dassdie verbleibende Differenz tatsächlich ein statisches Artefakt sein könnte.⁶ Die BAO Messung ergibt für die Hubble Konstante einen Wert aus der Zeit als das Universum ungefähr halb so alt war, als es jetzt ist. Der Wert, den ich berichtete, war 68,18 ± 0,79 Kilometer/Sekunde/Megaparsec. Dieser Wert ist 1,2 %größer als der Wert für die Hubble Konstante aus den CMBR Messungen und 2,3%weniger als der Wert für die Hubble Konstante aus den TRGB Messungen.

Eine lokale Unterdichtheit der Materie (Galaxien, Galaxienhaufen, dunkele Materie) würde den lokalen Wert der kosmischen Expansion erhöhen. Wenn die Dichte der Galaxien, Galaxienhaufen und dunkele Materie in der lokalen Region des Universums rund 10% weniger als der Durchschnittswert im Übrigen, heutigen Universum wäre, ergäbe diese Unterdichte einen Wert für die Hubble Konstante, die um 2% höher wäre. Ein Wert für die lokale Hubble Konstante, die 2% höher wäre, würde die Spannung zwischen den CMBR-basierten und Cepheid-basierten Messungen der Hubble Konstante nicht lösen aber er würde die Spannung zwischen den CMBR-basierten und TRGB-basierten Messungen der Hubble Konstante völlig eliminieren.

Astronomen haben Beobachtungen gemacht, die jenseits aller Zweifel feststellen, dass es keine lokale Unterdichte der Materie gibt.7 Viele Beobachtungsstudien weisen darauf hin, dass die Unterdichte groß genug zu sein scheint, die Spannung unter den besten CMBR, BAO und TRGB Messungen der Hubble Konstante im Kontext der besten Messungen für die Dichte der kosmischen dunklen Energie und Materie zu eliminieren.⁸⁸

Die Spannung lösen: Kosmische Parameterjustierungen
Während die Beobachtungen der lokalen Unterdichte der Materie die besten CMBR, BAO, und TRGB Messungen der Hubble Konstante zu harmonisieren scheinen, liefern kleine Justierungen einiger kosmischen Parameter alternative Lösungen für die Spannung in der Hubble Konstante. Im Standardmodell des Urknalls, das ⋀CDM Modell, wird dunkele Energie von einer einzigen gleichbleibenden Konstante regiert. Aber wenn die Zustandsgleichung für dunkele Energie sich doch ändert als das Universum älter wird, auch nur geringfügig, dann gibt es in keinem vorstellbaren Kontext eine Spannung in der Hubbel Konstante.⁹Das Forschungsteam um Rafael Nunes beschreibt die Lage so “Es gibt keine Spannung in H0₀ [Hubble constant] [Hubble Konstante] Einschätzungen in diesem dynamischen DE [dunkele Energie] [dark energy] Kontext.”10¹⁰

Ob die Zustandsgleichung der dunkelen Energie sich in der Geschichte des Universums ändert oder nicht wird bald entschieden. Wie ich im Beitrag Neutron Star Mergers, Part 1: Evidence for Creation, erklärte, werden Beobachtungen von Binärneutronsternverschmelzungsergebnissen genaue, annahmenfreie Messungen der kosmsichen Expansionsgeschwindigkeit mit “Look-back”-Zeiten von der Gegenwart bis mindestens vor 12 Milliarden Jahren ergeben.¹¹

Drei weitere kosmischen Parameterjustierungen würdendie Spannung in der Hubble Konstante erfolgreich lösen.Dieerste Justierung wäre, dass sich das Universum ein wenig früher als 375.000 Jahren nach dem kosmsichen Schöpfungsereignis genug abkühlen würde, um die Formation von Wasserstoffatome zu erlauben.¹² Eine zweiteJustierung wäre, dass die Kurvatur des Universums sehr geringfügig von einer flachen Geometrie abweichen würde.¹³ Eine dritte Justierung wäre eine geringfügig-andere Schranke der Neutrinomassen.¹⁴ Alle diese Justierungen können durch genauere CMBR-Karten, Beobachtungen von mehreren Binärneutronensternverschmelzungsereignissen und weitreichendere, genauere BAO und TRGB Messungen um ihre mögliche Gültigkeit geprüft werden.

Philosophische Folgerungen
Die neuesten kosmologischen Beobachtungen und vorgeschlagen Justierungen kosmischer Parameter liefern mehrere unabhängige Methoden, wodurch die Spannung in der Hubble Konstante eliminiert werden kann. Das von der Bibel vorhergesagte Urknallschöpfungsmodellist nicht gefährdet. Die neuesten Beobachtungen zeigen, dass, je mehr wir über den Ursprung, die Geschichte und die Struktur des Universums, je genauer wir die charakteristischen Eigenschaften messen, desto mehr Beweise sammeln wir, die das übernatürliche Design des Universums und das Urknallschöpfungsmodell bestätigen.

Endnoten

1. Adam G. Riess et al., “Large Magellanic Cloud Cepheid Standards Provide a 1% Foundation for the Determination of the Hubble Constant and Stronger Evidence for Physics Beyond ΛCDM,” Astrophysical Journal 876, no. 85 (1.Mai.2019), id. 85, doi:10.3847/1538-4357/ab1422.
2. Planck Collaboration, “Planck 2018 Results. VI. Cosmological Parameters,” arXiv:1807.06209 (submitted July 2018, accepted for publication in Astronomy and Astrophysics, manuscript no. ms 24.September.2019), https://arxiv.org/pdf/1807.06209.pdf.
3. Danny R. Faulkner, “The Newest Finding on the Expansion of the Universe,” Answers in Genesis (10.Mai.2019).
4. Faulkner, “The Newest Finding.”
5. Wendy L. Freedman et al., “The Carnegie-Chicago Hubble Program. VIII. An Independent Determination of the Hubble Constant Based on the Tip of the Red Giant Branch*,” Astrophysical Journal 882, no. 1 (1.September.2019): id. 34, doi:10.3847/1538-4357/ab2f73.
6. Hugh Ross, “Baryon Acoustic Oscillations Boost Case for Cosmic Creation,” Today’s New Reason to Believe (blog), 26.Juli.2021, https://reasons.org/explore/blogs/todays-new-reason-to-believe/baryon-acoustic-oscillations-boost-case-for-cosmic-creaton.
7. R. Brent Tully et al., “Cosmicflows–3: Cosmography of the Local Void,” Astrophysical Journal 880, no. 1 (20.Juli.2019): id. 24, doi:10.3847/1538-4357/ab2597; Benjamin L. Hoscheit and Amy J. Barger, “The KBC Void: Consistency with Supernovae Type Ia and the Kinematic SZ Effect in a ⋀LTB Model,” Astrophysical Journal 854, no. 1 (10.Februar.2018): id. 46, doi:10.3847/1538-4357/aaa59b; R. Brent Tully et al., “Our Peculiar Motion Away from the Local Void,” Astrophysical Journal 676, no. 1 (20.März.2008): id. 184, doi:10.1086/527428.
8. L. Kazantzidis and L. Perivolaropoulos, “Hints of a Local Matter Underdensity or Modified Gravity in the Low z Pantheon Data,” Physical Review D 102, no. 2 (15.Juli.2020): id. 023520, doi:10.1103/PhysRevD.102.023520; Vladimir V. Luković, Balakrishna S. Haridasu, and Nicola Vittorio, “Exploring the Evidence for a Large Local Void with Supernovae Ia Data,” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 491, no. 2 (January 2020): 2075–2087, doi:10.1093/mnras/stz3070.
9. Balakrishna S. Haridasu, Matteo Viel, and Nicola Vittorio, “Sources of H₀-Tension in Dark Energy Scenarios,” Physical Review D 103, no. 6 (15.März. 2021): id. 063539, doi:10.1103/PhysRevD.103.063539; Rafael C. Nunes et al., “Cosmological Parameter Analyses Using Transversal BAO Data,” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 497, no. 2 (September 2020): 2133–2141, doi:10.1093/mnras/staa2036.
10. Nunes et al., “Cosmological Parameter Analyses,” 2133.
11. Hugh Ross, “Neutron Star Mergers, Part 1: Evidence for Creation,” Today’s New Reason to Believe (blog), 12.Juli. 2021.
12. Luke Hart and Jens Chluba, “Updated Fundamental Constant Constraints from Planck 2018 Data and Possible Relations to the Hubble Tension,” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 493, no. 3 (April 2020): 3255–3263, doi:10.1093/mnras/staa412; Toyokazu Sekiguchi and Tomo Takahashi, “Early Recombination as a Solution to the H₀ Tension,” Physical Review D 103, no. 8 (12.April.2021): id. 083507, doi:10.1103/PhysRevD.103.083507.
13. Benjamin Bose and Lucas Lombriser, “Easing Cosmic Tensions with an Open and Hotter Universe,” Physical Review D 103, no. 8 (27.April.2021): id. L081304, doi:10.1103/PhysRevD.103.L081304.
14. Toyokazu Sekiguchi and Tomo Takahashi, “Cosmological Bound on Neutrino Masses in the Light of H₀ Tension,” Physical Review D 103, no. 8 (20.April.2021): id. 083516, doi:10.1103/PhysRevD.103.083516,