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Dunkle Energie und Blauverschiebung

Kürzlich wurden neue Beweise für die Existenz der sogenannten Dunklen Energie gefunden, die für die beschleunigte Expansion des Universums verantwortlich gemacht wird und es unter Umständen in einigen Milliarden Jahren regelrecht zerreißen wird.

Der Kosmische Hintergrund

Einige der Farbunterschiede in der Temperaturen-Karte (sehen Sie dazu das Titelbild) des kosmischen Hintergrunds (Hier im Mikrowellen-Bereich), so meinen die Forscher, sind auf die mysteriöse Substanz namens Dunkle Energie zurückzuführen.

Zu diesem Ergebnis kamen sie durch Vergleich zweier Himmelskarten wobei auf der ersten die Positionen einer großen Anzahl von Galaxien dargestellt wurden und die andere den kosmischen Hintergrund im Mikrowellenbereich zeigte, welcher nichts anderes als die Reststrahlung des Urknalls ist.

Beim Vergleichen der Karten konnten die Astronomen erkennen, an welchen Stellen die Dunkle Energie am stärksten wirkt und somit dafür sorgt, dass Objekte sich voneinander entfernen. Auf diese Weise wird der bekannte Anziehungseffekt der Gravitation aufgehoben. Bisher untermauerte man die Theorie der Dunklen Energie mithilfe der Helligkeit von weit entfernten Explosionen massenreicher Sterne, bekannt als Supernovae. Manche Forscher überzeugte dieser eine Beweis allein nicht. "Seit sich die Auswirkungen der Dunklen Energie für die Physik als bedeutsam erwiesen haben, sind mehrere unabhängige Beweise für ihre Existenz unbedingt notwendig geworden",meinte Joshua A. Frieman vom "Fermi National Accelerator Laboratory" in Batavia, Illinois, ein Mitverfasser einer der vier Dunkle-Energie-Studien, die kürzlich im Internet veröffentlicht wurden. Jede dieser Studien nutzte Daten der "Wilkinson Microwave Anisotropy Probe" (WMAP), einem Satelliten, der detaillierte Karten der kosmischen Hintergrundstrahlung im Mikrowellenbereich anfertigt.

Diese Reststrahlung ist durchzogen mit heißen und kalten Flecken; sie spiegeln wunderbar die Klumpigkeit des jungen Universums wieder; und aus den Klumpen wuchsen Galaxien. Aber ein Teil der Energie in den heißen Flecken könnte später erworben worden sein, als sich das Licht auf seine Milliarden Jahre lange Reise auf den Weg zur Erde machte.

Während ihrer langen Reise trafen die Strahlung und Lichtteilchen der Hintergrundstrahlung (Zur Erinnerung: Mikrowellen sind eine Form des Lichts, nur mit einer Wellenlänge von 0,1 bis 1mm langwelliger als das sichtbare Licht) auf riesige Ansammlungen von Materie, die sich in Galaxien-Superhaufen konzentriert hatte.

Die Energie der Lichtteilchen wurde von der Materie, von den Atomen, absorbiert, deren Elektronen daraufhin auf ein höheres Energieniveau sprangen und somit die Materie an Energie gewann. Das kann man sich vorstellen wie eine Murmel, die an Geschwindigkeit gewinnt, wenn sie einen Berg herunterrollt. Aber sobald sie aus diesem Gebiet des Bergs herausrollt, verliert sie an Geschwindigkeit, also an Energie. Das heißt: Die Elektronen fielen auf ihr ursprüngliches Energieniveau zurück, indem sie Energie in Form von Strahlung wieder aussandten.

Wenn das Universum flach wäre - so dass sich parallele Linien niemals treffen und keine Dunkle Energie beinhalten würde, dann würde die Materie, wenn Photonen sie durchquerten, genau soviel Energie aufnehmen wie sie verliert. Aber in einem flachen Universum, das Dunkle Energie beinhaltet, würde kein solcher Austausch stattfinden, sagt Frieman.

Die Dunkle Energie würde die Materie während der Zeit, in der die Photonen den Superhaufen oder eine große Materieansammlung durchqueren, ausdehnen. Die Lichtteilchen würden dann weniger Energie haben, wenn sie den Superhaufen verließen, als sie aufgenommen hatten, als sie auf die Materie auftrafen. Wo nun das Universum eine Menge Materie beherbergt, sollten die Photonen ein wenig mehr Energie besitzen als in weniger dichten Gebieten. Auf dies würde eine Verschiebung der Photonen in "blauere", also energiereiche Bereiche des Spektrums hindeuten.

Genau das haben Frieman, Ryan Scranton von der "University of Pittsburgh" und ihre Kollegen gefunden, als sie die Daten von WMAP mit den Positionen von ein paar Millionen Galaxien auf den Karten von "Sloan Digital Sky Survey" verglichen, einer enormen Vermessung des Himmels im sichtbaren Licht. Und tatsächlich fanden sie eine Blauverschiebung in einem Bereich von 100 Millionen Lichtjahren.

Pablo Fosalba vom "Institut d'Astrophysique de Paris" und seine Mitarbeiter nutzten einen kleineren Ausschnitt des selben Materials im sichtbaren Licht und beobachteten eine ähnliche Wechselwirkung. Sich auf die Messergebnisse im Bereich der Röntgen- und Radiowellenlängen verlassend, fanden Steven Boughn des "Haverford (Pa.) College" und Robert Crittenden vom "Institute of Cosmology and Gravitation" in Portsmouth, Großbritannien, den gleichen Blauverschiebungs-Effekt. Dasselbe gilt für Michael R. Nolta von der "Princeton University" und seine Kollegen, die auch mit der Karte im Radiobereich gearbeitet haben."Es ist aufregend, dass all diese Teams den selben Zusammenhang gefunden haben", sagte Wayne Hu von der Universität von Chicago.Weitere Studien mit den Sloan-Daten können helfen, die physikalischen Charakterzüge der immer noch schwer fassbaren Dunklen Energie zu bestimmen, bemerkte Frieman.