Beobachtungstipp im April 2008

Woraus besteht die Welt? Diese Frage stellen sich die Wissenschaftler seit Menschengedenken. Die vier Grundelemente Feuer, Wasser, Erde und Luft der griechischen Philosophie wurden vor einigen Jahren abgelöst. Das moderne Universum besteht aus Materie, Dunkler Materie und Dunkler Energie. Die Zutaten unseres Universums werden von den vier Naturkräften Gravitation, starke und schwache Kernkraft und der elektromagnetischen Kraft beherrscht. Nach der modernen Vorstellung leben wir in einem expandierenden Universum. Mit dem Urknall beginnend, dehnt sich das Universum immer schneller aus. Die Gravitation, die auf die normale und die Dunkle Materie anziehend wirkt, zieht das Universum wieder zusammen. Doch ist da noch die Dunkle Energie, eine geheimnisvolle Kraft, die das Universum auseinander treibt und anscheinend für die ewige Expansion sorgt. Im Jahr 1998 entdeckten Astronomen, dass Supernova vom Typ Ia in fernen Galaxien nicht so hell waren, wie man annahm. Die Entfernung bestimmte man durch die Messung der Rotverschiebung. Es gab also eine Diskrepanz zwischen der Entfernungsbestimmung durch die Rotverschiebung und der Helligkeit von Supernovae Typ Ia, die allgemein als Standartkerze gelten.

Die Supernovae waren bis zu 25% lichtschwächer als erwartet. Die in Erklärungsnot geratenen Kosmologen griffen tief in die Trickkiste der Mathematik und kramten die kosmologische Konstante Einsteins wieder heraus. "Die größte Eselei" Einsteins ist ein Term, der in die allgemeine Relativitätstheorie eingeführt wurde, um ein stabiles, nicht expandierendes Universum zu ermöglichen. Die kosmologische Konstante beschreibt eine Art Gegengravitation, die verhindern soll, dass das Universum durch die Gravitation zusammen gezogen wird. Um den Hintergrund der Einführung der kosmologischen Konstante zu verstehen, muss man wissen, dass Albert Einstein bei deren Einführung keinen Schimmer von der Expansion des Universums hatte. Man ging zu Beginn des 20. Jahrhunderts noch von einem statischen Universum aus. Als einige Jahre später die Expansion des Universums entdeckt wurde, verwarf Einstein die Kosmologische Konstante und nannte sie, wie gesagt, seine größte Eselei.

Diese kosmologische Konstante beschreibt nun die Wirkung der Dunklen Energie. Viele Beobachtungen bestätigten seither die Dunkle Energie und ließen sie zur dominierenden Kraft im Universum werden. Man schreibt ihr einen Anteil von über 73% des Universums zu. Gute 23% des Universums bestehen aus Dunkler Materie und nur etwa 4% des Universums besteht aus uns bekannter Materie. Es gelang jedoch nicht, weder Dunkler Energie noch Dunkler Materie Teilchen oder Kräfte zuzuordnen.

Die Dunkle Energie wird noch nach fast zehn Jahren unter Kosmologen diskutiert. Während alte und neue Beobachtungen die Dunkle Energie bestätigen und diese mittlerweile in das kosmologische Weltmodell nahezu widerspruchsfrei integriert ist, machen doch immer wieder alternative Erklärungen Schlagzeilen. In jüngster Zeit machte ein Team um den neuseeländischen Astronomen David Wiltshire eine interessante Entdeckung. Sie untersuchten die Wirkung des Gravitationspotentials von Galaxien und Galaxienhaufen auf die Rotverschiebung des Lichts.

Große Massen dehnen die Raumzeit und röten das Licht, das sie passieren muss. Das Licht aus der Frühzeit des Universums wurde auf die Reise geschickt, als das Universum noch kaum strukturiert war und noch recht gleichmäßig gewesen ist. Nach und nach strukturierte sich das Universum und es bildeten sich Galaxienhaufen, Superhaufen und Voids. Das Licht, das in jüngerer Zeit entstand, musste bereits das Gravitationspotential dieser Gebilde überwinden und wurde gerötet. Diese Effekte wurden bei den einfachen Modellen, bei denen in der Regel von einer gleichmäßigen Verteilung der Materie ausgegangen wurde, nicht berücksichtigt. Der Aufwand, diese Effekte mit einzuberechnen erfordert eine Datentiefe und eine Rechenleistung, die zur Zeit nicht zur Verfügung steht.

Kommt die neue Betrachtung völlig ohne die Dunkle Energie aus und degradiert die beschleunigte Expansion auf eine "kosmische Fata Morgana", so könnte man von ganz anderen kosmischen Parametern ausgehen. Die kleinere Hubblekonstante würde das Alter des Universums von 13,7 Mrd. Jahren auf fast 15 Mrd. Jahre anheben. Das gibt der Galaxienentwicklung mehr Zeit, ein großes Problem der modernen Kosmologie, die über die schnelle Strukturbildung rätseln.

Auch würde der prozentuale Anteil der Dunklen Materie zur normalen Materie halbiert. Das Universum würde nur noch zu 73% aus einer unbekannten Materie bestehen, statt zu 96%. Da die Verfechter der Dunklen Energie nur auf die Beobachtung der Rotverschiebung von Supernovae Typ Ia setzen können, wird es eng für die beschleunigte kosmische Expansion. Vielleicht begehen die Kosmologen mal wieder eine große Eselei?

Ein weiterer Angriff auf die Dunkle Energie machen kleine Häärchen aus Kohlenstoff. Zwei Forscher des Carnegie Institute of Science fanden in Meteoriten die Form von Kohlenstoff, die die Sonne in ihrer Jugendzeit in den interstellaren Raum blies. Davon ausgehend, dass in der Frühzeit des Universums viel mehr Sterne entstanden als heute, gab es größere Konzentrationen dieser Kohlenstoffhaare. Der feine Kohlenstoffdunstschleier in den frühen Galaxien sollte für eine Abschwächung des Supernovalichts, insbesondere im infraroten Bereich des Spektrums, sorgen. Diese Verdunklung des Sternenlichts wird von den Kosmologen als Beweis für die beschleunigte Expansion gehandelt und ist die Grundlage der Dunklen Energie.

Es ist schon eine spannende Zeit, die wir erleben dürfen. Hält die Dunkle Energie den Angriffen stand? Müssen die Kosmologen neue Modelle finden. Wird es weitere Hinweise auf die Dunkle Energie geben?

Jedenfalls sollten die Kosmologen gewarnt sein, allzu sehr auf die Mainstreamkosmologie zu setzen. Dafür ist die Datenlage noch zu dünn.

Clear Skies,
Christian Overhaus