Wie funktioniert Einsteins berühmte Theorie im Universum? – „Die gesamte Analyse ist spektakulär“
Eine neue Studie bestätigt Einsteins Gravitationstheorie auf kosmischen Skalen. Die Ergebnisse könnten alternative Theorien zur dunklen Materie einschränken.
Kitt Peak – Die Gravitation ist eine allgegenwärtige Kraft, die auf der Erde dafür sorgt, dass alles nach unten fällt. Sie hat auch eine entscheidende Rolle dabei gespielt, wie sich unser Universum formte. Eine aktuelle Studie hat nun untersucht, ob die Gravitation auch auf kosmischen Skalen so wirkt, wie Albert Einstein es in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vor mehr als einem Jahrhundert vorhergesagt hat. Diese Annahme wird immer wieder von Wissenschaftlern infrage gestellt – einige spekulieren sogar, dass die sogenannte dunkle Materie, die laut Theorien den Großteil des Universums ausmacht, möglicherweise gar nicht existiert.
Die Studie nutzte Daten des Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), das sich im Kitt Peak National Observatory in Arizona befindet und weit entfernte Galaxien untersucht. Während seiner fünfjährigen Betriebszeit soll DESI neue Erkenntnisse über die Expansion des Universums und die dunkle Energie liefern. Die Wissenschaftler, die an der Analyse beteiligt waren, verwendeten Daten, die DESI im ersten Jahr seiner Betriebszeit von fast sechs Millionen Galaxien und Quasare gesammelt hat.
Wie verhält sich die Schwerkraft auf den höchsten Skalen im Universum?
Die Daten geben Aufschluss darüber, wie die kosmische Struktur in den letzten elf Milliarden Jahren gewachsen ist. Dies stellt den derzeit genauesten Test der Gravitation auf sehr großen Skalen dar. Die Studie kam zu dem eindeutigen Ergebnis, dass sich die Gravitation so verhält, wie Einstein es 1915 vorhergesagt hat, und zwar auch im Universum. Die Studienergebnisse bestätigen laut einer Mitteilung das führende Modell des Universums und schränken gleichzeitig mögliche Theorien einer modifizierten Gravitation ein, die als alternative Erklärungsansätze für unerwartete Beobachtungen vorgeschlagen wurden.
„Die allgemeine Relativitätstheorie ist auf der Skala von Sonnensystemen sehr gut getestet worden, aber wir mussten auch prüfen, ob unsere Annahme auf viel größeren Skalen funktioniert“, so die Kosmologin Pauline Zarrouk (CNRS), die die neue Analyse mitgeleitet hat. „Die Untersuchung der Geschwindigkeit, mit der sich Galaxien gebildet haben, ermöglicht es uns, unsere Theorien direkt zu testen, und bisher stimmen wir mit dem überein, was die allgemeine Relativitätstheorie in kosmologischen Maßstäben vorhersagt.“
Wie wirkt die Gravitation im Universum? „Die gesamte Analyse ist spektakulär“
Mithilfe von DESI konnten die Forscher bis zu elf Milliarden Jahre in die Vergangenheit des Universums blicken. „Die gesamte Analyse ist spektakulär“, sagt Dragan Huterer von der Universität von Michigan. „Dies ist das erste Mal, dass DESI das Wachstum der kosmischen Struktur untersucht hat. Wir zeigen eine enorme neue Fähigkeit, die modifizierte Schwerkraft zu untersuchen und die Modelle der dunklen Energie besser einzuschränken. Und das ist nur die Spitze des Eisbergs.“ Die Ergebnisse der DESI-Forschung wurden zur Veröffentlichung in Fachzeitschriften eingereicht und sind bereits vorab auf dem Preprint-Server arXiv veröffentlicht worden.
DESI ist in der Lage, das Licht von 5000 Galaxien gleichzeitig zu erfassen. Aktuell befindet sich das Projekt im vierten von fünf geplanten Jahren. Am Ende des Projekts soll es Daten von etwa 40 Millionen Galaxien und Quasaren gesammelt haben. Ein zentraler Aspekt der Forschung ist dabei die dunkle Materie und die dunkle Energie, aus denen ein großer Teil des Universums besteht. „Dunkle Materie macht etwa ein Viertel des Universums aus, dunkle Energie macht weitere 70 Prozent aus, und wir wissen nicht wirklich, was beides ist“, unterstreicht Mark Maus vom Berkeley Lab. „Die Vorstellung, dass wir Bilder vom Universum machen und diese großen, grundlegenden Fragen angehen können, ist atemberaubend“. (tab)