Das Universum dehnt sich nicht nur aus, sondern diese Expansion scheint sogar zu beschleunigen. Was verursacht diese Beschleunigung, die bescheiden hinter dem Begriff Dunkle Energie verborgen bleibt?
Eine im Rahmen des Dark Energy Survey (DES) durchgeführte Forschung bietet neuartige Ergebnisse. Nach sechs Jahren Beobachtungen mit der DECam-Kamera, die am Victor M. Blanco-Teleskop installiert ist, konnten die Wissenschaftler Informationen über Hunderte von Millionen Galaxien analysieren. Dieser Datensatz bedeckt ein Achtel des Himmelsgewölbes und erkundet Epochen, die Milliarden von Lichtjahren zurückliegen.
(Hauptbild) die kollidierenden Galaxienhaufen, die den Bullet Cluster bilden, gesehen von DECam. (Einschub) das Victor M. Blanco-Teleskop, das DECam beherbergt.
Bildnachweis: CTIO/NOIRLab/DOE/NSF/AURA/ Matsopoulos Um dieses Phänomen zu erfassen, kombinierte das Team vier verschiedene Ansätze. Diese umfassen die Beobachtung von Supernovae vom Typ Ia, die Effekte der schwachen Gravitationslinsen, die Verteilung von Galaxien sowie die baryonischen akustischen Oszillationen. Diese Kombination von Methoden bietet eine ganzheitlichere Sicht auf die kosmische Geschichte.
Die gesammelten Messungen umfassen die letzten sechs Milliarden Jahre. Die Forscher verglichen dann ihre Ergebnisse mit zwei wichtigen kosmologischen Modellen: dem Standardmodell ΛCDM, in dem die Dunkle Energie konstant ist, und dem erweiterten Modell wCDM, in dem sie sich verändern kann. Die Beobachtungen stimmen mit beiden Modellen überein, präzisieren jedoch die Einschränkungen für die Effekte, die der Dunklen Energie zugeschrieben werden, erheblich.
Ein Parameter zeigt jedoch eine Abweichung: die Art und Weise, wie sich Materie im jüngeren Universum zusammenballt. Die theoretischen Vorhersagen, die auf Messungen des frühen Universums basieren, stimmen nicht perfekt mit den aktuellen Beobachtungen überein. Diese Diskrepanz scheint sich mit den neuen Daten sogar zu bestätigen und wirft somit neue Fragen für Kosmologen auf.
Um diese Ergebnisse zu präzisieren, plant der DES, seine Daten mit denen des zukünftigen Vera C. Rubin Observatoriums zusammenzuführen. Das geplante zehnjährige LSST-Programm wird Milliarden zusätzlicher Galaxien beobachten und eine noch detailliertere Darstellung der Dunklen Energie liefern. Der Programmleiter bei der NSF präzisierte, dass Rubin neue Experimente zur Natur der Schwerkraft ermöglichen wird.
Kosmische Sonden: Wie man die Expansion beobachtet
Um die Expansion des Universums zu quantifizieren, verwenden Astronomen mehrere komplementäre Techniken. Eine der bekanntesten basiert auf Supernovae vom Typ Ia. Ihre standardmäßige intrinsische Leuchtkraft macht sie zu zuverlässigen Entfernungsmarkern, die es ermöglichen, die Entwicklung der Expansionsgeschwindigkeit nachzuverfolgen. Ihre Untersuchung war übrigens entscheidend für den Nachweis der kosmischen Beschleunigung.
Eine andere Methode liegt in der schwachen Gravitationslinsenwirkung. Wenn das Licht einer fernen Galaxie ein sehr massereiches Objekt wie einen Galaxienhaufen streift, wird sein Weg leicht abgelenkt. Die Untersuchung dieser Verzerrungen ermöglicht es, die Menge der sichtbaren oder unsichtbaren Materie entlang der Sichtlinie abzuschätzen. Dies trägt dazu bei, die großräumige Architektur des Kosmos zu kartieren.
Die Verteilung von Galaxien und die baryonischen akustischen Oszillationen (BAO) stellen ebenfalls wichtige Werkzeuge dar. BAO sind fossile Spuren von Druckwellen, die das frühe Universum durchliefen und etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall eingefroren wurden. Durch die Messung intergalaktischer Entfernungen dienen diese Oszillationen als Maßstab, um die Expansion nachzuzeichnen.
Die Kombination dieser verschiedenen Sonden, wie sie in der Arbeit des Dark Energy Survey erfolgt, bietet eine multidimensionale Sicht auf das Universum. Jede Technik hat ihre Stärken und Schwächen, aber ihre Kombination ermöglicht es, kosmologische Modelle mit immer größerer Genauigkeit zu testen.
Quelle: Physical Review D