Blog

Eine Illustration der dunklen Energie, die eine kosmische Struktur ausdehnt, die dem Symbol für Unendlichkeit ähnelt (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))

2024 war in vielerlei Hinsicht ein wichtiges Jahr für die Weltraumforschung, aber es könnte sich auch als das wichtigste Jahr für die beunruhigendste und geheimnisvollste „Zutat“ des Universums erweisen, die dunkle Energie, seit ihrer Entdeckung vor fast drei Jahrzehnten. Es war das erste Jahr, in dem Wissenschaftler einen aufregenden Beobachtungshinweis erhielten, dass die Kraft, die die beschleunigte Expansion des Kosmos antreibt, „erwachsen“ werden könnte.

Die dunkle Energie ist ein ernstes Problem für Wissenschaftler. Sie macht 68 % des gesamten Materie-Energie-Budgets des Universums aus und ist die Kraft, die die Beschleunigung der Expansion des Universums bewirkt. Dieses Phänomen unterscheidet sich von der frühen, durch den Urknall ausgelösten Inflation des Universums, die fast zum Stillstand gekommen war, als die dunkle Energie die Führung übernahm!

Um zu verstehen, warum das besorgniserregend ist, stellen Sie sich vor, Sie geben einem Kind auf einer Schaukel einen einzigen Schubs und beobachten, wie seine Bewegung zum Stillstand kommt, und dann, ohne erkennbaren Grund, beginnt es wieder zu schwingen, und diese Bewegung wird immer schneller.

Diese späte Beschleunigung wurde 1998 von zwei Astronomenteams entdeckt, die Entfernungsmessungen anhand von Supernovas in weit entfernten Galaxien durchführten. Die „dunkle Energie“ war nur ein Platzhalter für die Kraft, die diese Beschleunigung bewirkt, in der Hoffnung, dass sich irgendwann ein genaueres Konzept und eine genauere Bezeichnung finden würden.

Doch die dunkle Energie ist in unserem Rezept des Universums geblieben und erinnert uns daran, dass die Hauptzutat des Kosmos ein Geheimnis bleibt. Man kann dies mit Colonel Sanders‘ geheimer Gewürzmischung vergleichen, aber es ist eher so, als würde man bei KFC essen und nicht wissen, was das Hähnchen ist oder woher es kommt! In der Tat beunruhigend.

Auch wenn das Jahr 2024 keine schlüssigere Antwort auf dieses Rätsel lieferte als die 25 Jahre davor, so ist doch ein bedeutender Riss in der Rüstung der dunklen Energie aufgetaucht, ein verlockender Hinweis, der die Wissenschaftler auf den richtigen Weg zur Lösung dieses drängenden kosmologischen Rätsels bringen könnte.

2024 war das Jahr der DESI

Diese neuen Hinweise auf die dunkle Energie sind das Ergebnis des ersten Jahres, in dem das Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) Daten lieferte, die zu einer der tiefsten Karten des Kosmos führten, die jemals erstellt wurden.

Die 5.000 Roboteraugen von DESI sammeln das Licht von Millionen von Galaxien auf über einem Drittel des Himmels über der Erde und zerlegen es in ein Farbspektrum. Anhand der DESI-Daten konnten Wissenschaftler die Veränderung der Wellenlängen des Lichts von weit entfernten Galaxien messen, die sich mit der Ausdehnung der Raumzeit von uns wegbewegen – ein Phänomen, das als „Rotverschiebung“ bezeichnet wird.

Die Ergebnisse von

DESI gaben den Wissenschaftlern einen Hinweis darauf, dass sich die dunkle Energie im Laufe der Zeit verändert. Insbesondere scheint es, dass diese mysteriöse Kraft schwächer wird.

Dies ist von Bedeutung, da in unserem derzeit besten Modell der Kosmologie – dem Standardmodell oder dem Modell der kalten dunklen Materie (LCDM) – die dunkle Energie durch die kosmologische Konstante (gekennzeichnet durch den griechischen Buchstaben Lambda) dargestellt wird. Die kosmologische Konstante soll im LCDM-Modell über die Zeit konstant sein.

„Die Veröffentlichung dieser Ergebnisse war ein großer Tag für die Kosmologie, da sie auf einen ‚abnehmenden‘ Effekt der dunklen Energie im Laufe der Zeit hinweisen, was bedeutet, dass sie sich entwickelt und somit doch nicht konstant ist“, sagte Luz Ángela García Peñaloza, ehemaliges DESI-Teammitglied und Kosmologin an der Universidad ECCI in Kolumbien, im April 2024 gegenüber kosmischeweiten.de, als die DESI-Daten veröffentlicht wurden. „Die Entdeckung der sich entwickelnden dunklen Energie wäre ebenso revolutionär wie die Entdeckung der beschleunigten Expansion des Universums selbst, wenn sie durch zukünftige Daten bestätigt wird.“

kosmischeweiten.de sprach mit García Peñaloza über die Auswirkungen dieser Entdeckung und darüber, wie die Kosmologen der Zukunft auf das Jahr 2024 zurückblicken könnten.

„Bis zu diesem Jahr waren die meisten Beobachtungen konsistent, wobei die dunkle Energie die kosmologische Konstante war. Dennoch war das Jahr 2024 voller Hinweise, die darauf hinweisen, dass dies nicht der Fall sein könnte“, so García Peñaloza. „Eine Reihe von kosmischen Untersuchungen haben die kosmologische Konstante widerlegt und zeigen stattdessen vielversprechende Ergebnisse für eine zeitliche Entwicklung der dunklen Energie.“

Dunkle Energie wird dynamisch!

Der Hinweis, dass die dunkle Energie schwächer werden oder sich in irgendeiner Weise verändern könnte, war für die Kosmologen ein echter Schock. Wie García Peñaloza betonte, stimmten die bisherigen Beobachtungen mit einer „Zustandsgleichung“ für das Universum überein, in der die kosmologische Konstante und damit auch die dunkle Energie über die Zeit konstant sind.

García Peñaloza sagte, dass diese Abweichung von dieser Konsistenz „das Fenster“ zu Modellen des Kosmos öffnet, die eine Art dunkler Energie beinhalten, die sich mit der Zeit verändert. Das könnte das Ende der kosmologischen Konstante und das Auftauchen der „dynamischen dunklen Energie“ bedeuten.

Eine Idee der dynamischen dunklen Energie, die García Peñaloza schon vor den DESI-Ergebnissen favorisierte, war ein Modell der „frühen dunklen Energie“ (EDE). Diese Idee beruht auf der Tatsache, dass die dunkle Energie zwar heute das Universum dominiert, dies aber nicht immer der Fall war.

Bis vor etwa 4 bis 5 Milliarden Jahren dominierte die Materie das Universum, und davor hatte die Strahlung, die die BIg Bang-bedingte Inflation antrieb, die Oberhand. Die EDE-Modelle legen nahe, dass die dunkle Energie nicht einfach aus dem Nichts kam und den Kosmos zu beherrschen begann, als er zwischen 9 und 10 Milliarden Jahre alt war; die dunkle Energie war schon immer da und spielte eine nicht zu vernachlässigende Rolle.

Das bedeutet, dass sie dynamisch ist und sich verändert. Die ersten DESI-Daten scheinen dieses Konzept zu bestätigen.

Ein Diagramm, das die Entwicklung des Universums darstellt und die heutige, von dunkler Energie dominierte Epoche zeigt. Aber war diese geheimnisvolle Kraft schon immer da? (Bildnachweis: NASA/WMAP Science Team/Art by Dana Berry)

Kosmologen werden nicht allzu traurig über das Ende der kosmologischen Konstante sein, wenn sich herausstellt, dass sich die dunkle Energie tatsächlich weiterentwickelt.

Vorhersagen der kosmologischen Konstante, die die „Vakuumenergie“ des Raums repräsentiert, die mit Hilfe der Theorie gemacht wurden, weichen von den Beobachtungen dieses Wertes um bis zu 10 hoch 121 ab (das ist 10 gefolgt von 120 Nullen).

Es ist kein Wunder, dass die kosmologische Konstante den Kosmologen seit Jahrzehnten Kopfzerbrechen bereitet und als „die schlechteste theoretische Vorhersage in der Geschichte der Physik“ bezeichnet wurde.

Wir sollten Lambda jedoch nicht zu schnell vom Tisch wischen. Es werden mehr Daten benötigt, um dieses Modell zu widerlegen. Und Daten, die das tun könnten, sind bereits auf dem Weg!

Kosmologen sind der Befreiung von Lambda im Jahr 2024 näher gekommen (Bildnachweis: Robert Lea)

Die DESI-Durchmusterung begann im Jahr 2021 mit dem Mayall-Teleskop auf dem Kitt Peak in der Nähe von Tucson, Arizona, und soll fünf Jahre lang bis 2026 andauern. Spannenderweise deuten die Ergebnisse, die wir bereits besprochen haben, auf einen Paradigmenwechsel in der Wissenschaft der dunklen Energie hin, der sich bereits im ersten Jahr abzeichnet.

Um ein grundlegendes Umdenken in Bezug auf die dunkle Energie auszulösen, müssen die Wissenschaftler mehr Daten sehen, die darauf hindeuten, dass sich dieser Bestandteil des Kosmos mit der Zeit verändert. Glücklicherweise werden die Daten von DESI Jahr 2 und Jahr 3 im Frühjahr 2025 erwartet.

„Die dynamische dunkle Energie könnte besser mit den Beobachtungen des DESI-Jahres 1 übereinstimmen als die kosmologische Konstante“, sagte García Peñaloza. „Das heißt, es ist noch nicht schlüssig; es sind nur Hinweise, die dafür sprechen, dass die dunkle Energie ein sich entwickelndes [Phänomen] ist und nicht der kosmologische Standardkandidat. Dennoch ist es ziemlich aufregend.

„Vielleicht ist es noch zu früh, um zu sagen, dass wir dieses Rätsel lösen, aber ich würde sagen, dass wir jetzt ein bisschen mehr über das Verhalten dieses unbekannten Inhaltsstoffs wissen.“

García Peñaloza erläuterte, welche Entwicklungen in der Wissenschaft der dunklen Energie sie für das nächste Jahr erwartet. DESI werde bei seiner Suche nach den Geheimnissen der dunklen Energie Unterstützung in Form von weiteren Daten des Weltraumteleskops Euclid erhalten. Der „Detektiv der dunklen Energie“ der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) startete im Juli 2023 und hat seit Oktober dieses Jahres die Wissenschaftler mit seinen atemberaubenden Bildern aus dem Kosmos begeistert. Nächstes Jahr könnte er das Gleiche mit einigen harten Daten tun.

„Zunächst wird Euclid die ersten Datensätze veröffentlichen, was von der Gemeinschaft schon lange erwartet wurde. Außerdem werden andere Proxies des Universums in großen Maßstäben ihre Ergebnisse veröffentlichen, die die jüngsten Entdeckungen des James Webb Space Telescope ergänzen“, so García Peñaloza abschließend. „Die neuesten hochauflösenden numerischen Simulationen werden weiterhin neue Hinweise darauf geben, was dunkle Energie ist, und wahrscheinlich neue Fragen aufwerfen, die wir über die Verbindung der dunklen Energie mit anderen kosmologischen Phänomenen noch nicht kennen.“

Wie das Universum selbst, so wächst auch unsere Vorfreude auf das Jahr 2025 und die Wissenschaft, die es hervorbringen wird, in immer schnellerem Tempo!