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GALAXIEN
Relativitätstheorie stimmt auch auf großen Skalen
Redaktion / Pressemitteilung der Universität Zürich  
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11. März 2010

Albert Einsteins allgemeine Relativitätstheorie stimmt auch auf kosmologischen Distanzen. Dies konnte eine internationale Forschungsgruppe nun mit einer Analyse der Verteilung von Galaxien bis in eine Entfernung von mindestens 3,5 Milliarden Lichtjahren zeigen. Gleichzeitig erbrachten die Forscher dabei einen indirekten Beweis für die Existenz von Dunkler Materie.

SDSS

Galaxien sind im Raum nicht zufällig verteilt, sondern bilden Haufen. Jeder Punkt entspricht einer Galaxie, die rund 100 Milliarden Sterne umfasst. Die Distanzen zwischen den Galaxien beträgt typischerweise 100 Millionen Lichtjahre. Bild: Sloan Digital Sky Survey (SDSS) [Großansicht]

Die meisten Kosmologen stimmen heute darin überein, dass sich das Universum beschleunigt ausdehnt. Doch über die Ursachen, die diesem Phänomen zugrunde liegen, gehen die Meinungen auseinander: Für die einen Forscher ist es die Dunkle Energie, die für die beschleunigte Ausdehnung verantwortlich ist. Andere dagegen vertreten die Ansicht, dass sich das Universum beschleunigt ausdehnt, weil sich die Gravitation in kosmologischen Dimensionen verändert. Veränderungen der Gravitation werden zudem auch von den Wissenschaftlern, welche die Existenz von Dunkler Materie verneinen, ins Feld geführt.

Diese beiden Auffassungen stehen im Widerspruch zu der von Einstein entwickelten Gravitationstheorie, der allgemeinen Relativitätstheorie. In unserem Sonnensystem durchgeführte Präzisionsmessungen haben Einsteins Theorie bislang stets bestätigt. Doch in kosmologischen Dimensionen wurde die Theorie bis jetzt noch nicht stringent geprüft. Eine internationale Forschungsgruppe, darunter Professor Uros Seljak und sein Team von der Universität Zürich, stellte Einsteins allgemeine Relativitätstheorie nun erstmals in bislang noch nie da gewesenen Größenordnungen auf eine harte Probe.

Für ihre Untersuchungen kombinierten die Forscher drei getrennte kosmologische Phänomene: Schwache Gravitationslinseneffekte, die Tatsache, dass Galaxien Haufen bilden und die Wachstumsrate von Strukturen in kosmologischen Zeiträumen. Für ihre Analysen führten sie Messungen an einer Stichprobe von 70.000 leuchtenden roten Galaxien aus dem Sloan Digital Sky Survey (SDSS) durch, einem internationalen Projekt, das einen Viertel des Himmels durchmustert. Dieser Bereich zeigt den Zustand des Universums vor 3,5 Milliarden Jahren, als sich das Universum bereits beschleunigt ausdehnte. Eventuelle Abweichungen oder Widersprüche zu Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie müssten dort besonders deutlich ausfallen.

Die neuen Messungen umfassten intergalaktische Distanzen und Strecken, die um 11 Größenordnungen über den klassischen Messungen im Sonnensystem lagen. Doch selbst auf diesen Distanzen konnten keinerlei Abweichungen zur Allgemeinen Relativitätstheorie festgestellt werden. Einsteins Theorie erfährt somit auch auf kosmologischer Ebene eine Bestätigung. Gleichzeitig liefern die neuen Resultate einen indirekten Beweis für die Existenz der Dunklen Materie.

Die Ergebnisse der Forschergruppe, die in der heutigen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht werden, würden nach Aussagen der beteiligten Astronomen zudem auch einer Ende vergangenen Jahres erschienenen Untersuchung widersprechen, nach der sich im ganz jungen Universum, also vor acht bis elf Milliarden Jahren, die Wirkung der Gravitation nicht mehr korrekt durch die allgemeine Relativitätstheorie beschreiben lässt.  

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