Dunkle Energie

Kosmischer Fingerabdruck

Dass sich das Universum stetig ausdehnt, ist Astronomen schon seit etwa achtzig Jahren bekannt. Erst 1998 wiesen Beobachtungen darauf hin, dass es dabei immer schneller wird. Aus Ratlosigkeit schrieben sie diese beschleunigte Expansion einer mysteriösen Dunklen Energie zu. Was hinter dieser rätselhaften Kraft steckt und woraus sie besteht, weiß bis heute niemand. Manche Wissenschaftler behaupten sogar, es müsste andere Erklärungen für die gemessenen Effekte geben.
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Diese Grafik zeigt die Position von Leerräumen (blaue Kreise) und von Superhaufen (rote Kreise) über der Stärkeverteilung der Kosmischen Hintergrundstrahlung

Diese Grafik zeigt die Position von Leerräumen (blaue Kreise) und von Superhaufen (rote Kreise) über der Stärkeverteilung der Kosmischen Hintergrundstrahlung

Nachweis der Dunklen Energie

Untersuchung der Kosmischen Hintergrundstrahlung

Kürzlich gelang einem Forscherteam um István Szapudi von der University of Hawaii jedoch ein weiterer Hinweis auf die Existenz dieser seltsamen Energie. Sie untersuchten die Mikrowellenhintergrundstrahlung, die bereits kurz nach dem Urknall entstand und seither durch das Weltall reist. Aus allen Himmelsrichtungen trifft sie nahezu gleichmäßig auf die Erde. Doch zuvor bewegt sie sich unter anderem auch durch die bislang größten bekannten Strukturen im Universum: Superhaufen und Supervoids (void: Hohlraum, Leere).

Diese Regionen im Weltall mit einem Durchmesser von rund einer halben Milliarde Lichtjahren besitzen im ersten Fall eine ungewöhnlich hohe Konzentration, im letzteren eine stark unterdurchschnittliche Anzahl an Galaxien. Passieren die Wellen der Kosmischen Hintergrundstrahlung diese Gebiete sollte ihre Frequenz beziehungsweise ihre Wellenlänge hinterher geringfügig vom "normalreisenden" Rest abweichen. Denn im Gravitationsfeld eines Superhaufens gewinnen sie an Energie und schwingen dadurch ein bisschen schneller, erklärt Szapudi.
Großflächige Strukturen beim Durchlaufen der Kosmischen Hintergrundstrahlung

Großflächige Strukturen beim Durchlaufen der Kosmischen Hintergrundstrahlung

Weiterer Beleg für eine geheimnisvolle Kraft

Nach Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie ändert sich die Größe des Superhaufens nicht während der Durchquerung – also in 500 Millionen Jahren. Treten die Wellen in diesem Fall wieder aus der riesigen Struktur aus, sollten sie die gleiche Menge an Energie verlieren und mit derselben Frequenz wie zuvor schwingen. Dies gilt allerdings nicht, wenn das Universum tatsächlich beschleunigt expandiert: In diesem Szenario würde der Haufen während der Durchreise gedehnt und verliert allmählich an Dichte.

Die Strahlung könnte auf diese Weise einen geringen Teil der eingangs gewonnenen Energie behalten. Die Mikrowellen müssten folglich ein bisschen energiereicher sein, wenn sie durch einen Superhaufen, und entsprechend ein wenig energieärmer, wenn sie durch einen der riesigen Hohlräume gelaufen waren. Szapudi und seine Kollegen analysierten nun die Frequenzen der Hintergrundstrahlung in der Nähe der fünfzig größten Galaxienhaufen sowie nahe den fünfzig größten Leerräumen.

Tatsächlich konnten sie die vorhergesagten Effekte nachweisen. Die Chance, dass die erwarteten Muster zufällig im Mikrowellenhintergrund auftauchen, liegt ihren Berechnungen zufolge nur bei eins zu 200.000 und damit sehen sie in ihrem Resultat den bislang klarsten Nachweis für den Einfluss der Dunklen Energie auf kosmische Strukturen. Andere Forschergruppen hatten bereits Hinweise darauf gefunden, allerdings nicht in dieser Klarheit.

Damit liefert das Team um Szapudi zwar einen weiteren Beleg für die geheimnisvolle Kraft, doch was hinter ihr steckt, bleibt leider auch weiterhin ein Rätsel. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Herbst in den Astrophysical Journal Letters.

Maike Pollmann ist Astrophysikerin und Wissenschaftsjournalistin in Heidelberg