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CHANDRA
Neues Licht auf dunkle Energie
von Stefan Deiters
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19. Mai 2004

Mit Hilfe von Aufnahmen von Galaxienhaufen, die das NASA-Röntgenteleskop Chandra gemacht hat, haben Astronomen die mysteriöse dunkle Energie mit einer ganz neuen Methode untersucht. Die Dichte der Energie scheint sich kaum zu ändern und könnte sogar konstant sein - ein Konzept, das erstmals von Einstein mit der so genannten kosmologischen Konstante eingeführt wurde.



Der Galaxienhaufen Abell 2029. Für dieses Bild wurde eine Chandra-Aufnahme im Röntgenbereich (rot) mit einer optischen Aufnahme (blau) kombiniert. Gut zu erkennen ist eine große elliptische Galaxie im Zentrum des Haufens, die von vielen kleineren Galaxien umgeben ist. Eingehüllt ist alles von bis zu 100 Millionen Grad heißem Gas, das von den gewaltigen Gravitationskräften aufgeheizt wird und nur im Röntgenbereich erkennbar ist. Abell 2029 ist ungefähr eine Milliarde Lichtjahre von der Erde entfernt. Foto: NOAO / Kitt Peak / J. Uson, D. Dale (optisch), NASA /CXC / IoA /S. Allen et al. (Röntgen) [Großansicht]

Das Forscherteam hat die mysteriöse dunkle Energie mit Hilfe einer neuen Methode detektiert und untersucht, die Aufnahmen von Galaxienhaufen nutzt, die das NASA-Röntgenteleskops Chandra gemacht hat. So konnten die Astronomen die Übergangsphase vor einigen Milliarden Jahren verfolgen, in der die zunächst immer langsamer werdende Expansion des Universums in eine beschleunigte Ausdehnung des Weltalls umschlägt. Von den Beobachtungen erhoffen sich die Wissenschaftler ganz neue Erkenntnisse über die Natur der dunklen Materie und schließlich auch über das Schicksal des Universums.

"Dunkle Energie ist vermutlich das größte Mysterium in der Physik", meinte Steve Allen vom Institute for Astronomy der Universität im englischen Cambridge, der die Studie leitete. "Daher ist es auch extrem wichtig unabhängige Tests zu machen, die ihre Existenz und ihre Eigenschaften bestätigt." Allen und seine Kollegen haben Chandra benutzt, um insgesamt 26 Galaxienhaufen in einer Entfernung von einer bis zu acht Milliarden Lichtjahren zu studieren. Dieser Zeitraum umfasst die Phase in der das Universum zunächst immer langsamer expandierte, dann aber durch die abstoßende Wirkung der dunklen Energie wieder beschleunigte.

"Wir können die Expansion des Universums direkt beobachten, indem wir die Entfernung der Galaxienhaufen bestimmen", erläutert Allens Kollege Andy Fabian aus Cambridge. Die Ergebnisse deuten drauf hin, dass sich die Dichte der dunklen Energie nicht plötzlich geändert hat, sondern, dass eventuell ein Konzept, wie die ursprünglich von Einstein vorgeschlagene kosmologische Konstante durchaus zutreffend sein könnte. Wenn das stimmt, sollte sich das Universum bis in alle Ewigkeit ausdehnen, was dazu führen dürfte, dass nach und nach das sichtbare Universum immer weniger Galaxien enthält und es recht einsam um uns herum wird. Das mag zwar langweilig erscheinen, ist aber sicherlich angenehmer als die als "Big Rip" bekannte Möglichkeit, bei der die dunkle Energie so stark wird, dass sie schließlich alles auseinander reißt oder die Variante, bei der das Universum irgendwann im "Big Crunch" wieder in sich zusammenstürzt.

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Für die Messungen machten sich das Team um Allen die Fähigkeit Chandras zu Nutze, das heiße Gas aufzuspüren, das sich in den Galaxienhaufen befindet. Aus diesen Daten konnten die Forscher das Verhältnis der Masse des heißen Gases und der dunklen Materie im Haufen errechnen. Der beobachtete Gasanteil hängt von der angenommenen Entfernung des Haufens ab und diese wiederum von der Krümmung des Raumes und der dunklen Energie. Da Galaxienhaufen so riesig sind, nehmen die Astronomen an, dass sie repräsentativ sind für unser Universum und somit der Anteil von heißem Gas zu dunkler Materie in jedem Galaxienhaufen gleich ist. Mit dieser Annahme konnte das Team die Entfernungsskala kalibrieren und ermittelte so, dass das Universum zunächst immer langsamer expandierte, dann aber - vor rund sechs Milliarden Jahren - begann, sich beschleunigt auszudehnen.

Zu ähnlichen Ergebnissen waren Astronomen auch durch Auswertung von entfernten Supernova-Explosionen gekommen, durch die erstmals der Beschleunigungs-Effekt der dunklen Energie gezeigt werden konnte. Die Ergebnisse von Chandra sind von diesen Arbeiten komplett unabhängig - es wurde in anderen Wellenlängen beobachtet und durchweg andere Objekte. Diese neue Arbeit ist daher ein wichtiger Schritt, um die Ergebnisse der Supernova-Untersuchungen zu bestätigen, die von einigen Wissenschaftlern noch angezweifelt werden.

Durch Kombination der neuen Chandra-Ergebnisse mit Daten des NASA Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), die extrem genauen Messungen der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung durchführt, konnte Allen und seine Kollegen die Zusammensetzung des Universum unmittelbar nach dem Urknall errechnen. Auch damals bestand das Universum offenbar schon größtenteils aus dunkler Energie: Sie machte rund 75 Prozent des Weltalls aus, dunkle Materie war für 21 Prozent verantwortlich und sichtbare Materie für rund vier Prozent.

All die Daten, so das Team, sind konsistent mit der Annahme, dass die Dichte der dunklen Energie immer konstant ist und sich somit nicht geändert hat. Allerdings würden die Daten auch eine ansteigende Dichte der dunklen Energie zulassen. Erst weitere noch detailliertere Beobachtungen können hier genaueres ergeben. So ist das Schicksal des Universums weiterhin offen - und das zumindest so lange, bis wir verstanden haben, was eigentlich dunkle Energie ist.

siehe auch
Kosmologie: Mindestens 30 Milliarden Jahre bis zum Big Rip - 23. Februar 2004
WMAP: Neue Zweifel an dunkler Materie und dunkler Energie - 4. Februar 2004
XMM-Newton: Sprechen neue Daten gegen dunkle Energie? - 15. Dezember 2003
Supernovae: Der dunklen Energie auf der Spur - 22. September 2003
WMAP: Babyfoto des Universums - 12. Februar 2003
Gravitationslinsen: Weiteres Indiz für dunkle Energie - 12. November 2002
Kosmologie: Neue Beweise für dunkle Energie - 22. März 2002
Hubble: Entfernteste Supernova enttarnt dunkle Energie - 3. April 2001
Links im WWW
Chandra, Seite an der Harvard Universität
Chandra, Seite der NASA

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