Kosmos mindestens 250x größer als das sichtbare Universum, sagen Kosmologen

Wenn wir in das Universum blicken, muss das, was wir sehen können, nah genug sein, damit das Licht uns seit Beginn des Universums erreicht hat. Das Universum ist ungefähr 14 Milliarden Jahre alt, daher ist es auf den ersten Blick leicht zu denken, dass wir Dinge in einer Entfernung von mehr als 14 Milliarden Lichtjahren nicht sehen können.

Das ist jedoch nicht ganz richtig. Da sich das Universum ausdehnt, sind die am weitesten entfernten sichtbaren Dinge viel weiter entfernt. Tatsächlich haben die Photonen im kosmischen Mikrowellenhintergrund kühle 45 Milliarden Lichtjahre zurückgelegt, um hierher zu gelangen. Damit hat das sichtbare Universum einen Durchmesser von etwa 90 Milliarden Lichtjahren.

Das ist groß, aber das Universum ist mit ziemlicher Sicherheit viel größer. Die Frage, über die viele Kosmologen nachgedacht haben, ist, wie viel größer. Heute haben wir dank einiger interessanter statistischer Analysen von Mihran Vardanyan von der University of Oxford und ein paar Freunden eine Antwort.



Natürlich können wir die Größe des Universums nicht direkt messen, aber Kosmologen haben verschiedene Modelle, die darauf hindeuten, wie groß es sein sollte. Eine Denkweise ist beispielsweise, dass, wenn sich das Universum während der Inflation mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnt, es 10^23-mal größer sein sollte als das sichtbare Universum.

Andere Schätzungen hängen von einer Reihe von Faktoren ab und insbesondere von der Krümmung des Universums: ob es geschlossen, kugelförmig, flach oder offen ist. In den letzten beiden Fällen muss das Universum unendlich sein.

Wenn Sie die Krümmung des Universums messen können, können Sie deren Größe begrenzen.

Es stellt sich heraus, dass Astronomen in den letzten Jahren verschiedene ausgeklügelte Methoden zur Messung der Krümmung des Universums entwickelt haben. Eine besteht darin, nach einem entfernten Objekt bekannter Größe zu suchen und zu messen, wie groß es aussieht. Wenn es größer ist, als es sein sollte, ist das Universum geschlossen; Wenn es die richtige Größe hat, ist das Universum flach und wenn es kleiner ist, ist das Universum offen.

Astronomen kennen eine Art von Objekt, das zu dieser Rechnung passt: Wellen im frühen Universum, die im kosmischen Mikrowellenhintergrund eingefroren wurden. Sie können die Größe dieser Wellen, die als baryonische akustische Oszillationen bezeichnet werden, mithilfe von Weltraumobservatorien wie WMAP messen.

Es gibt auch andere Indikatoren, wie die Leuchtkraft von Supernovae vom Typ 1A in fernen Galaxien.

Aber wenn Kosmologen all diese Daten untersuchen, geben verschiedene Modelle des Universums unterschiedliche Antworten auf die Frage nach seiner Krümmung und Größe. Welches soll man wählen?

Der Durchbruch, den Vardanyan und seine Freunde erzielt haben, besteht darin, einen Weg zu finden, die Ergebnisse aller Daten auf einfachste Weise zu mitteln. Die von ihnen verwendete Technik wird Bayesian Model Averaging genannt und ist viel ausgefeilter als die übliche Kurvenanpassung, die Wissenschaftler oft verwenden, um ihre Daten zu erklären.

Eine nützliche Analogie ist mit frühen Modellen des Sonnensystems. Mit der Erde im Zentrum des Sonnensystems wurde es immer schwieriger, die Beobachtungsdaten an dieses Modell anzupassen. Aber Astronomen fanden Wege, dies zu tun, indem sie immer komplexere Systeme einführten, das Räder-in-Rad-Modell des Sonnensystems.

Heute wissen wir, dass dieser Ansatz völlig falsch war. Eine Sorge der Kosmologen ist, dass jetzt ein ähnlicher Prozess mit Modellen des Universums abläuft.

Die Mittelwertbildung im Bayes'schen Modell schützt automatisch davor. Anstatt zu fragen, wie gut das Modell zu den Daten passt, wird eine andere Frage gestellt: Angesichts der Daten, wie wahrscheinlich ist es, dass das Modell korrekt ist. Dieser Ansatz ist automatisch gegen komplexe Modelle voreingenommen – er ist eine Art statistisches Occam-Rasiermesser.

Durch die Anwendung auf verschiedene kosmologische Modelle des Universums sind Vardanyan und Co in der Lage, der Krümmung und Größe des Universums wichtige Beschränkungen aufzuerlegen. Tatsächlich stellt sich heraus, dass ihre Beschränkungen viel strenger sind, als dies mit anderen Ansätzen möglich ist.

Sie sagen, dass die Krümmung des Universums eng um 0 begrenzt ist. Mit anderen Worten, das wahrscheinlichste Modell ist, dass das Universum flach ist. Ein flaches Universum wäre auch unendlich und ihre Berechnungen stimmen auch damit überein. Diese zeigen, dass das Universum mindestens 250-mal größer ist als das Hubble-Volumen. (Das Hubble-Volumen entspricht der Größe des beobachtbaren Universums.)

Das ist groß, aber tatsächlich enger eingeschränkt als bei vielen anderen Modellen.

Und die Tatsache, dass es von einer so eleganten statistischen Methode stammt, bedeutet, dass diese Arbeit wahrscheinlich breite Anziehungskraft haben wird. Wenn dies der Fall ist, wird es möglicherweise auch zur Feinabstimmung und Einschränkung anderer Bereiche der Kosmologie verwendet.

Ref: arxiv.org/abs/1101.5476 : Anwendungen des Bayes-Modells zur Mittelwertbildung auf die Krümmung und Größe des Universums

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