Wissenschaftler haben bei der Kartierung der Expansion des Universums und der Untersuchung der Dunklen Energie, der rätselhaften Kraft, die diese Expansion beschleunigt, ein beispielloses Maß an Klarheit erreicht. Der Durchbruch gelang durch die Analyse von sechs Jahren Daten, die von der Dark Energy Camera (DECam) am 4-Meter-Teleskop Víctor M. Blanco der US-amerikanischen National Science Foundation gesammelt wurden. Dies ist das erste Mal, dass vier unabhängige Methoden zur Untersuchung der Dunklen Energie kombiniert wurden, wodurch die Genauigkeit früherer Messungen verdoppelt wurde.
Die Daten hinter der Entdeckung
Die Analyse umfasst 758 Beobachtungsnächte, die ein Achtel des Himmels abdecken und zwischen 2013 und 2019 von der Dark Energy Survey (DES) Collaboration durchgeführt wurden. Die 570-Megapixel-DECam erfasste Daten von unglaublichen 669 Millionen Galaxien, die einige Milliarden Lichtjahre entfernt sind. Dieser Maßstab ist von entscheidender Bedeutung, da das Verständnis der Dunklen Energie die Beobachtung des Universums im größtmöglichen Maßstab erfordert – die Auswirkungen sind subtil und werden erst bei der Untersuchung großer kosmischer Entfernungen sichtbar.
Warum dunkle Energie wichtig ist
Die Existenz dunkler Energie wurde erstmals 1998 angedeutet, als Astronomen beobachteten, dass entfernte Supernovae schneller als erwartet zurückgingen. Das bedeutete nicht nur, dass sich das Universum ausdehnt, wie Edwin Hubble Jahrzehnte zuvor entdeckt hatte, sondern auch, dass sich seine Expansion beschleunigt. Dunkle Energie macht mittlerweile etwa 68 % der gesamten Energie und Materie des Universums aus, ihre Natur ist jedoch noch unbekannt.
Auch der Zeitpunkt der Dominanz der Dunklen Energie ist entscheidend: Sie begann erst vor 3 bis 7 Milliarden Jahren, die Schwerkraft zu überwältigen. Dies deutet darauf hin, dass die Entwicklung des Universums kein einfacher, linearer Prozess ist, sondern Phasen umfasst, in denen verschiedene Kräfte das Sagen haben.
Vier Möglichkeiten, das Unsichtbare zu studieren
Die DES-Analyse kombinierte auf einzigartige Weise vier Methoden zur Untersuchung der Dunklen Energie:
- Supernovae vom Typ Ia: Das ursprüngliche Entdeckungswerkzeug, immer noch wichtig für die Messung von Entfernungen im Kosmos.
- Schwacher Gravitationslinseneffekt: Die subtile Krümmung des Lichts beim Passieren massiver Objekte, die die Verteilung dunkler Materie und dunkler Energie offenbart.
- Galaxienhaufen: Die Art und Weise, wie sich Galaxien gruppieren, liefert Hinweise auf die zugrunde liegende kosmische Struktur, die von dunkler Energie beeinflusst wird.
- Baryon Acoustic Oscillations (BAO): Wellen aus dem frühen Universum, die als Dichteschwankungen erhalten bleiben und als kosmisches Lineal zur Messung der Expansion dienen.
Durch die Gegenprüfung dieser vier unabhängigen Methoden hat das DES-Team das Vertrauen in seine Ergebnisse deutlich gestärkt.
Unerwartete Abweichungen
Die DES-Daten stimmen sowohl mit dem kosmologischen Standardmodell (Lambda Cold Dark Matter – LCDM) als auch mit einem flexibleren Modell überein, das die Entwicklung dunkler Energie im Laufe der Zeit ermöglicht (wCDM). Die Analyse ergab jedoch eine Diskrepanz zwischen der beobachteten Galaxienhaufenbildung und den Vorhersagen beider Modelle.
Moderne Galaxien scheinen sich anders zu gruppieren als aufgrund von Messungen des frühen Universums erwartet, was darauf hindeutet, dass aktuelle kosmologische Modelle möglicherweise unvollständig sind. Diese Diskrepanz ist zwar subtil, wird aber mit jeder neuen Beobachtung deutlicher.
Die Zukunft der Dunkle-Energie-Forschung
Der nächste Schritt besteht darin, die DECam-Daten mit Beobachtungen des Legacy Survey of Space and Time (LSST) des Vera C. Rubin Observatory zu kombinieren, der etwa 20 Milliarden Galaxien katalogisieren wird. Dies wird einen noch umfassenderen Blick auf die Geschichte des Universums und das Verhalten der Dunklen Energie ermöglichen.
„DES war transformativ und das Vera C. Rubin Observatory wird uns noch weiter bringen“, sagt Chris Davis von der National Science Foundation. Der beispiellose Umfang des Rubin-Observatoriums verspricht, unser Verständnis der Schwerkraft auf die Probe zu stellen und neue Erkenntnisse über die wahre Natur der dunklen Energie zu gewinnen.
Das Universum bleibt voller Geheimnisse, aber diese Erkenntnisse bringen uns der Aufklärung der Geheimnisse seiner beschleunigten Expansion näher denn je.
