Ein weiteres Mysterium über Dunkle Energie! Wird das Universum sich selbst zerreißen?
Die Ergebnisse der Studie "The Dark Energy Survey" wurden veröffentlicht und brachten ein weiteres Geheimnis über die dunkle Energie ans Licht. Dunkle Energie scheint viel komplizierter zu sein, als wir dachten.
Ein ehrgeiziges Projekt mit dem Ziel, die dunkle Energie besser zu verstehen, wurde zusammen mit mehreren Ländern, darunter Brasilien, ins Leben gerufen. Bei diesem Projekt ging es darum, die Verteilung von Galaxien zu kartieren und Phänomene wie Supernovae jahrelang zu beobachten. Die Beobachtungen fanden von 2013 bis 2019 statt. Seit 2020 analysiert die Kollaboration die Daten, um zu verstehen, wie sich das Universum ausdehnt und wie schnell diese Ausdehnung ist.
Die kosmologische Konstante, die direkt mit dieser Expansionsrate zusammenhängt, ist ein heikler Punkt in der Astronomie. Das liegt daran, dass je nachdem, welches Instrument beobachtet wurde, der Wert unterschiedlich zu sein schien. Die Umfrage würde diese Diskussion beenden.
Kürzlich wurde ein neues Papier der Zusammenarbeit veröffentlicht. In dieser Arbeit analysierten sie rund 1500 Supernovae vom Typ Ia, die in fünf Jahren Beobachtungszeit gewonnen wurden. Mit diesen Daten kamen sie zu dem Schluss, dass die dunkle Energie vielleicht komplizierter ist, als wir dachten.
Dunkle Energie
Man schätzt, dass 70 % des Universums aus etwas bestehen, das dunkle Energie genannt wird. Dunkle Energie wäre für die Beschleunigung der Expansion des Universums verantwortlich. Sie hätte eine der Schwerkraft entgegengesetzte Wirkung, die anziehend ist. Dunkle Energie hätte eine abstoßende Wirkung, die Objekte im Universum dazu bringt, sich zu entfernen.
Bis heute wissen wir nicht, woraus 70 % des Universums bestehen, wenn man nur die dunkle Energie berücksichtigt. Berücksichtigt man die dunkle Materie, erhöht sich dieser Wert auf 95 %. Das steigert das Interesse der Astronomen an der Frage: Woraus besteht das Universum, in dem wir leben?
Wie lässt sich die Expansionsrate des Universums berechnen?
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts, mit der Arbeit von Edwin Hubble, war bekannt, dass sich das Universum ausdehnt. Aber erst Ende des letzten Jahrhunderts änderte eine schockierende Entdeckung die Art und Weise, wie wir den Kosmos sehen: das Universum beschleunigt sich. Da es eine Beschleunigung erfährt, ist davon auszugehen, dass diese durch eine Wechselwirkung verursacht wird.
Die ersten Messungen wurden mit Supernovae vom Typ LA durchgeführt. Diese Supernovae entstehen, wenn weiße Zwerge explodieren. Das Kuriose an dieser Art von Supernova ist, dass sie praktisch gleich ist, unabhängig davon, wo sich der Stern befindet oder wie er explodiert ist. Mit anderen Worten: Die Helligkeit, die eine Ia-Supernova ausstrahlt, ist gut bekannt. Auf diese Weise dienen Ia-Supernovae als kosmische Kerzen.
Da wir ihre Helligkeit und Eigenschaften genau kennen, können wir die Auswirkungen der Ausdehnung des Universums in Abhängigkeit von der Entfernung von der Supernova zu uns vergleichen. Es ist sogar möglich zu quantifizieren, wie stark sich das Universum von diesem Punkt zu uns ausdehnt.
Als Einstein dachte, er hätte sich geirrt
Mit seinen Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie führte Albert Einstein ein Instrument zum Verständnis des Universums in großem Maßstab ein. In seinen ursprünglichen Gleichungen fügte Einstein einen Begriff hinzu, den er die kosmologische Konstante nannte. Später nahm er an, dass die Konstante ein Fehler war und verwarf sie.
Als Beobachtungen mit LA-Supernovae zeigten, dass das Universum sich beschleunigt ausdehnt, wurde die kosmologische Konstante benötigt, damit die Theorie mit den Beobachtungen übereinstimmt. Selbst wenn Einstein selbst zugab, dass er mit einem Konzept falsch lag, wurde ihm später Recht gegeben.
Kosmologische Konstante
Die kosmologische Konstante ist ein Parameter, der mit der Expansionsrate und der dunklen Energie zusammenhängt. In Wirklichkeit definiert diese Konstante die Vakuumenergie und sollte einen Wert von -1 haben.
Dieser Wert kann uns Vorhersagen über die dunkle Energie und sogar über das Ende des Universums geben. Je nach Wert wurden verschiedene Vorschläge über das Ende des Universums gemacht.
Der häufigste Vorschlag für die Konstante mit einem Wert von -1 besagt, dass das Universum mit dem thermischen Tod enden würde. Andere vorgeschlagene Werte würden auf Big Rip oder Big Freeze hindeuten.
Was hat der Dark Energy Survey ergeben?
Nach 5 Jahren Beobachtungen und etwa 4 Jahren Analyse hat die Dark Energy Survey Kollaboration die Ergebnisse veröffentlicht. Während die Dichte der dunklen Materie mit dem erwarteten Wert übereinstimmte, stellte die Kollaboration fest, dass die kosmologische Konstante einen Wert von -0,80 hat. Dieser Wert ist das beste Ergebnis der jahrelangen Beobachtungen und der Bereich ist gut definiert.
Dies würde darauf hindeuten, dass wir entweder etwas messen, das nicht unbedingt die kosmologische Konstante ist, oder wir brauchen eine neue Erklärung für die dunkle Materie, die komplexer ist als wir dachten.