Was ist dunkle Energie? | Weltraum

Die dunkle Energie ist der Name für die mysteriöse Kraft, die dafür sorgt, dass sich die Ausdehnung unseres Universums im Laufe der Zeit beschleunigt, anstatt sich zu verlangsamen. Das ist das Gegenteil von dem, was man von einem Universum erwarten würde, das mit einem Urknall begann. Im 20. Jahrhundert erfuhren die Astronomen, dass das Universum expandiert. Sie gingen davon aus, dass die Expansion ewig andauern oder sich irgendwann – wenn das Universum genügend Masse und damit genügend Eigengravitation hätte – umkehren und einen Big Crunch verursachen könnte. In der Kosmologie des frühen 21. Jahrhunderts hat sich diese Vorstellung weiterentwickelt. Man geht davon aus, dass sich das Universum heute schneller ausdehnt als vor Milliarden von Jahren. Was könnte die Ursache für die Zunahme der Expansionsrate sein? Astronomen sprechen jetzt manchmal von einer abstoßenden Kraft als möglichem Weg, dies zu verstehen.

Bis in die späten 1990er Jahre glaubten die meisten Kosmologen, dass das Universum nicht genug Masse hat, um einen Big Crunch zu verursachen. Insbesondere die Daten des 2dF Galaxy Redshift Survey und des Sloan Digital Sky Survey schienen zu bestätigen, dass sich das Universum ewig ausdehnen würde, wenn auch mit einer immer langsameren Geschwindigkeit, da die eigene Masse und die eigene Schwerkraft des Universums versuchten, es zurückzuziehen.

Der erste Hinweis auf etwas Revolutionäres, das kurz vor der Entdeckung stand, kam 1998 während einer Untersuchung von Supernovae vom Typ 1A. Diese gewaltigen Explosionen sterbender Riesensterne sind für Astronomen äußerst nützlich, weil sie immer die gleiche Lichtmenge abgeben und daher als sogenannte „Standardkerzen“ zur Berechnung von Entfernungen im Kosmos verwendet werden können. Dies ist eine sehr einfache Idee. Denken Sie an Glühwürmchen in der Nacht: Sie leuchten alle mit der gleichen Eigenhelligkeit. Indem man misst, wie hell sie von der eigenen Position aus sind, kann man ihre Entfernung berechnen.

Die Durchmusterung von 1998 wurde von zwei internationalen Gruppen von Astronomen durchgeführt, darunter die Amerikaner Adam Riess und Saul Perlmutter sowie Brian Schmidt in Australien. Ihr Ziel war es, mit Hilfe von acht Teleskopen weltweit die Entfernung von Supernovae des Typs 1A zu bestimmen, um die Expansionsrate des Universums zu berechnen, die als Hubble-Konstante bekannt ist (obwohl sie in Wirklichkeit keine Konstante ist, da die Expansionsrate des Universums mit der Zeit variiert).

Die Ergebnisse der Untersuchung waren erstaunlich. Entfernte Supernovae, die explodierten, als das Universum erst 2/3 seines heutigen Alters hatte, waren viel schwächer, als sie hätten sein sollen, und damit viel weiter entfernt. Daraus folgt, dass sich das Universum viel schneller ausgedehnt hat, als es nach den heutigen Vorstellungen hätte tun sollen.

Als diese Ergebnisse bekannt wurden, stießen sie in der astronomischen Gemeinschaft auf große Skepsis, doch schon bald wurden die Beobachtungen von anderen Teams und mit anderen Methoden wiederholt. Um die Jahrtausendwende wurde klar, dass sich die Expansion des Universums nicht, wie gemeinhin angenommen, verlangsamt. Sie beschleunigt sich vielmehr.

Noch merkwürdiger ist, dass sich die Expansion bis sieben oder acht Milliarden Jahre nach dem Urknall erwartungsgemäß verlangsamt hatte. Doch dann begann aus völlig unbekannten Gründen eine mysteriöse „Antigravitationskraft“ zu dominieren und die Bremse zu überwinden, die die Schwerkraft auf die Expansion ausübte, die daraufhin ihre Verlangsamung umkehrte und sich zu beschleunigen begann.

Sie können sich vorstellen, wie schockierend diese Enthüllung für Astronomen und Kosmologen war.

Die für diese Beschleunigung verantwortliche Kraft wurde von den Wissenschaftlern als dunkle Energie bezeichnet. In diesem Fall bedeutet „dunkel“ unbekannt und nicht wörtlich „dunkel“, wie es bei der dunklen Materie der Fall ist. Es sei darauf hingewiesen, dass dunkle Energie und dunkle Materie völlig unabhängige Phänomene sind. Lesen Sie mehr: Was ist dunkle Materie?

Um das Rätsel noch zu vervollständigen, scheinen die Eigenschaften dieser seltsamen dunklen Energie mit Einsteins kosmologischer Konstante übereinzustimmen, die manchmal auch als Fudge-Faktor bezeichnet wird und später von Einstein selbst als der größte berufliche Fehler seines Lebens bezeichnet wurde. Einstein verabscheute die Vorstellung eines sich ausdehnenden Universums und zog die statische Vorstellung einer stationären Kosmologie vor, die zu Beginn des 20. Jahrhunderts populär war. Er erfand eine Antigravitationskraft unbestimmten Ursprungs, um der beobachteten Expansion des Universums entgegenzuwirken, was zu einem sich nicht ausdehnenden Universum führen würde. Später zog Einstein diese Idee jedoch zurück, da sie durch Beobachtungen nicht bestätigt wurde.

Die dunkle Energie ist eines der großen ungelösten Rätsel der Kosmologie. Man geht heute davon aus, dass sie 68 % des gesamten Universums ausmacht, während die normale, so genannte „baryonische“ Materie – jedes Stückchen Materie, das wir tatsächlich sehen können – nur 5 % ausmacht und der Rest aus dunkler Materie besteht, einem weiteren großen kosmischen Rätsel.

Die dunkle Energie verhält sich wie Einsteins Antigravitationskraft, aber ihre Natur und ihr Ursprung bleiben unbekannt. Eines der größten Rätsel ist, warum die dunkle Energie zu einem bestimmten Zeitpunkt, Milliarden Jahre nach dem Urknall, die Expansionsrate des Universums zu dominieren begann. Wenn sie jetzt existiert, warum war sie dann nicht schon die ganze Zeit da?

Die Physik der dunklen Energie ist höchst spekulativ. Eine Idee, die in den letzten Jahren an Boden gewonnen hat, ist, dass die dunkle Energie einer Kraft ähnelt, die als „Quintessenz“ bekannt ist und mit dem Higgs-Feld verwandt ist. Bislang gibt es jedoch keine Beobachtungen, die dies bestätigen oder widerlegen könnten.

Kosmologen wissen auch nicht, ob die dunkle Energie die Expansion des Universums für immer beschleunigen wird, was zu einem weit in der Zukunft liegenden Szenario führen könnte, in dem die Beschleunigung die Kräfte überwindet, die das Universum zusammenhalten, und die gesamte Materie im Kosmos buchstäblich auseinander reißt, in einem Alptraumszenario, das als „Big Rip“ bekannt ist.

Es gibt mehrere aktuelle und künftige Weltraummissionen und bodengestützte Untersuchungen, die das Wesen der dunklen Energie erforschen werden, darunter das WFIRST-Teleskop der NASA in der Umlaufbahn und der internationale Dark Energy Survey mit Sitz in Chile.

Es ist zu hoffen, dass wir bald zu einem besseren Verständnis dieser geheimnisvollen Kraft gelangen, die einen solchen Einfluss auf die Zukunft des Kosmos hat, aber um dieses Verständnis zu erlangen, müssen wir eine viel vollständigere Geschichte des Universums skizzieren. Die Archäologie von 13,7 Milliarden Jahren ist jedoch äußerst schwierig und zeitaufwendig, da so viele alte Schichten in dieser Geschichte fehlen oder undeutlich sind, so dass wir keine plötzlichen Enthüllungen erwarten können.

Fazit: Das Universum dehnt sich schneller aus, als ältere Theorien vorhersagten. Die dunkle Energie, eines der großen ungelösten Rätsel der Kosmologie, könnte die Ursache für die beschleunigte Expansion sein. Man geht heute davon aus, dass die dunkle Energie 68 % der gesamten Materie im Universum ausmacht.