Anomale Rotverschiebung (Interessierte)


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Inhalt

Der Begriff der anomalen Rotverschiebung wird eingeführt und anhand von zwei konkreten Beispielen erläutert. Es werden einige Einwände erwähnt und eine Einordnung der Relevanz dieses Phänomens versucht. Es zeigt sich, dass die anomale Rotverschiebung im Standardmodell bisher nicht zufriedenstellend eingeordnet werden kann.

Was ist anomale Rotverschiebung?

Einige Beispiele von anomalen Rotverschiebungen

Gibt es auch Einwände gegen anomale Rotverschiebung?

Was können wir aus den anomalen Rotverschiebungen schließen?

Literatur

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Was ist anomale Rotverschiebung?

Wie im Artikel über die Rotverschiebung dargelegt, gibt es zwischen der Rotverschiebung einer Galaxie und deren Abstand zur Erde eine Beziehung. Für nahe Objekte ist diese Beziehung linear und wird als Hubble-Gesetz bezeichnet. Die kosmologische Rotverschiebung-Distanz-Relation gilt als sehr gut gesichert und wird heute kaum mehr hinterfragt. Gibt es aber auch Abweichungen und Ausnahmen von diesem Gesetz?

Seit 30 Jahren behaupten einige teils namhafte Astronomen, markante Abweichungen vom Hubble-Gesetz entdeckt zu haben. Hin und wieder werden auch "Muster" bzw. "Periodizitäten" in den Rotverschiebungswerten von Galaxien und anderen extragalaktischen (=außerhalb unserer Milchstraße) Objekten gefunden, die eine Deutung im Sinne des Hubble-Gesetzes als unwahrscheinlich erscheinen lassen. Rotverschiebungsphänomene dieser Art werden als anomal bezeichnet. Die Ursache anomaler Rotverschiebung ist nicht-kosmologischer Natur, d.h. sie kommt nicht durch die Ausdehnung des Universums zustande.

Einige Beispiele von anomalen Rotverschiebungen

Argumente für nicht-kosmologische Rotverschiebungen kommen aus drei Richtungen:

Physikalische Assoziationen (=Verbindungen) zwischen Paaren oder kleinen Gruppen von Objekten mit sehr verschiedenen Rotverschiebungen.
Statistische Untersuchungen mit dem Ergebnis, dass eine Objektklasse mit einer anderen in Beziehung zu setzen ist, obwohl sie völlig verschiedene Rotverschiebungen aufweisen.
Periodische Häufungen in den gemessenen Werten der Rotverschiebung, die im Sinne des Standardmodells nicht verstanden werden können.

Anomale Rotverschiebungen tauchen zudem häufig im Zusammenhang mit Quasaren auf (siehe Aktive Galaxien). Quasare sind punktartige Lichtquellen mit sehr hoher Rotverschiebung. Sie weisen häufig Radio- und Röntgenemission auf. Damit Quasare in ihrer ungeheuren Distanz so hell erscheinen, müssen sie um einiges heller leuchten als gewöhnliche Galaxien. Ihre Helligkeit unterliegt teilweise starken Schwankungen. Das Auftreten von anomaler Rotverschiebung bei Quasaren ist besonders bemerkenswert, da die Natur der Quasare immer noch sehr schlecht verstanden ist. Im Folgenden sollen zwei Beispiele von anomaler Rotverschiebung genannt werden:

Abb. 112: NGC 7603
mit weiteren Objekten

NGC 7603. Das wohl zur Zeit eindrücklichste Beispiel anomaler Rotverschiebung tritt im Zusammenhang mit der Galaxie NGC 7603 auf. In Abb. 112 wird die Umgebung von NGC 7603 gezeigt. NGC 7603 scheint durch ein leuchtendes Filament mit der Galaxie NGC 7603B (Objekt 1) verbunden zu sein. Daran wäre nichts außergewöhnlich, wenn die beiden Galaxien nicht verschiedene Rotverschiebungen aufweisen würden. Die Rotverschiebung der linken Galaxie ist etwa doppelt so hoch wie die Rotverschiebung der rechten Galaxie, was nach dem Hubble-Gesetz bedeuten würde, dass die linke Galaxie etwa in doppelter Entfernung liegt wie die rechte Galaxie. Wäre das aber der Fall, wie könnten sie durch eine Lichtbrücke miteinander verbunden sein?

Das System weist aber noch eine weitere Eigenart auf. In Abb. 113 ist deutlich zu sehen, dass sich auch auf dem Filament noch zwei punktförmige Objekte befinden. Beide Objekte weisen eine erheblich höhere Rotverschiebung als NGC 7603 auf und müssten sich daher in großer Entfernung hinter dem Filament befinden. Das rechte der beiden Objekte (Objekt 3) würde sich gar in achtfacher Entfernung befinden.

Abb. 113: NGC 7603, Detailausschnitt

Die Wissenschaftler, die sich mit diesem System befasst haben, haben die Wahrscheinlichkeit berechnet, dass sich diese drei Objekte mit hoher Rotverschiebung tatsächlich in größerer Entfernung befinden und nur zufällig auf das Filament projiziert werden. Sie erhalten einen Wert von etwa 10^-⁹ (López-Corredoira & Gutiérrez 2004).

Rotverschiebungsperiodizitäten. Rotverschiebungsperiodizitäten (=Rotverschiebungswerte von vielen Galaxien, die sich statistisch bei ganzzahligen Vielfachen eines Rotverschiebungswertes häufen) sind auch eindrückliche Beispiele von anomaler Rotverschiebung. Abb. 114 zeigt dies anhand der Periodizität von 97 Spiralgalaxien aus unserem Lokalen Superhaufen. N bezeichnet die Anzahl Galaxien und dV gibt die Rotverschiebung an, nachdem sie gemäß dem Doppler-Effekt in Geschwindigkeiten umgerechnet wurde. Für diese Studie konnten nur Galaxien verwendet werden, deren Rotverschiebung bis auf 3 Km/s bekannt waren. Die Rotverschiebung jeder einzelnen verwendeten Galaxie wurde mindestens fünf mal unabhängig mit verschiedenen Geräten gemessen. Eine Häufung von Galaxien bei diskreten Werten, die sich mit der Periode von 37.5 km/sec wiederholen, ist von Auge klar erkennbar. Würde man diese Rotverschiebungshäufungen nach dem Hubble-Gesetz auf Distanzen übertragen, so hätte dies zur Folge, dass unsere Milchstraße von konzentrischen Schalen von Spiralgalaxien umgeben ist. Aus diesem Grund ist die Deutung des Doppler-Effektes für Anhänger des Standardmodells inakzeptabel.

Abb. 114: Periodizität
von 97 Spiralgalaxien

Gibt es auch Einwände gegen anomale Rotverschiebung?

In der Astronomie war es bisher nicht möglich, das Konzept der anomalen Rotverschiebung zu etablieren, obwohl es in der Literatur in der einen oder anderen Form seit über 30 Jahren regelmäßig diskutiert wird. Inzwischen haben sich zahlreiche, überzeugende Beispiele dazu angesammelt. Die meisten Astronomen leugnen aber die anomale Rotverschiebung nach wie vor. Das hat dazu geführt, dass sie nur selten effektiv kritisiert wurde. Wird sie aber doch kritisiert, so sind die häufigsten Einwände:

Es fehlt ein physikalisches Modell, das erklärt, woher diese anomale Rotverschiebung kommt.
Das Hubble-Gesetz wurde für die meisten extragalaktischen Objekte in ausreichendem Masse bestätigt.
Gravitationslinsen können für den einen oder anderen Fall verantwortlich gemacht werden. (Gravitationslinsen sind Objekte mit einer sehr großen Masse, die Lichtstrahlen ablenken, die sehr nahe das Objekt passieren. Auf diese Weise ist es möglich, dass man zwei Objekte nebeneinander sieht, obwohl das eine Objekt hinter dem anderen liegt, da uns das Licht jenes entfernten Objektes über einen Umweg erreicht.)
Berechnungen der Wahrscheinlichkeiten für eine zufällige Projektion wurden nicht richtig durchgeführt.

Es gibt noch weitere Einwände, die hier aber nicht besprochen werden.

Der erste Einwand ist sicher berechtigt. Viele Befürworter der anomalen Rotverschiebung beabsichtigen ja gerade, mit ihren Beobachtungen neue physikalische Konzepte zu untermauern und neue kosmologische Modelle zu begründen (siehe z.B. Halton Arp). Die anderen Einwände mögen in einzelnen Fällen ihre Berechtigung haben. Zu versuchen, alle Beispiele anomaler Rotverschiebung auf diese Weise wegzudiskutieren, scheint jedoch nicht glaubwürdig. Geoffrey Burbidge - ein Quasarenforscher und Befürworter der anomalen Rotverschiebung - äußerte sich dazu: "Der einzige Ausweg ist, die ganze statistische, morphologische und physikalische Evidenz, die hier diskutiert und über die während vieler Jahre berichtet wurde, einer erstaunlichen Anzahl von unkorrelierten Zufällen zuzuschreiben" (Burbidge, 1996).

Was können wir aus den anomalen Rotverschiebungen schließen?

Die anomale Rotverschiebung ist Teil einer Debatte, die noch nicht abgeschlossen ist. Daher kann hier auch kein endgültiges Urteil gefällt werden. Es wurde aber deutlich, dass es im Standardmodell immer noch gravierende Unstimmigkeiten und unverstandene Beobachtungen gibt und zwar nicht an einigen Details, sondern an den Grundannahmen - nämlich der Interpretation der Rotverschiebung. Die in diesem Artikel diskutierten Phänomene finden im Standardmodell keine Erklärung. Sollten sich auch nur wenige Aspekte der anomalen Rotverschiebung als richtig erweisen, so werden aller Wahrscheinlichkeit nach im Standardmodell größere Modifikationen nötig sein, deren Tragweiten enorm sein könnten.

Die Diskussion über die anomale Rotverschiebung kann als Hinweis darauf gewertet werden, dass das Universum möglicherweise noch viel komplexer und unverstandener ist, als bisher vermutet wurde. Die Rotverschiebungsperiodizitäten sind ein eindrückliches Beispiel dafür.

Literatur

Burbidge G. (1996) The reality of anomalous redshifts in the spectra of some QSOs and its implications. Astron. Astrophys. 309, 9-22.

Knobel C. (2004) Anomale Rotverschiebung. Studium Integrale Journal 11, 20-28.

López-Corredoira M., Gutiérrez C.M. (2004) The field surrounding NGC: cosmological or non-cosmological redshifts? Astronomy and Astrophysics 421, 407-423.

Napier W.M. (2003) A Statistical Evaluation of Anomalous Redshift Claims. Astrophysics and Space Science 285, 419-427.