Die dunkle Energie schwächt sich offenbar im Laufe der Zeit ab, so neue Forschungen. Was das für die Zukunft des Universums bedeutet, bleibt ungewiss.
Kitt Peak – Das Universum ist für die Forschung immer noch eine große Unbekannte – mit einigen kosmologischen Konstanten, die als unveränderlich angesehen werden. Dazu gehört die dunkle Energie – eine Substanz, die 70 Prozent des Universums ausmachen soll und unter anderem mit dafür verantwortlich ist, dass sich das Universum ausdehnt. Abgesehen davon, ist die Natur der dunklen Energie bisher ein Rätsel.
Nun sorgen neue Studien dafür, dass Forschende erneut über die dunkle Energie rätseln – denn offenbar ist die mysteriöse Energie keine Konstante. Studien der DESI-Kollaboration zeigen, dass sich dunkle Energie im Laufe der Zeit offenbar weiterentwickelt oder verändert.„Was wir hier sehen, ist äußerst faszinierend“, erklärt Alexie Leauthaud-Harnett, Professorin an der University of California in Santa Cruz. Sie fügt hinzu: „Es ist aufregend zu denken, dass wir an der Schwelle zu einer großen Entdeckung über die dunkle Energie und die grundlegende Natur unseres Universums stehen könnten.“
Ist dunkle Energie doch keine kosmologische Konstante?
Betrachtet man die neuen DESI-Daten alleine, sind sie mit dem „Lambda-CDM“-Modell vereinbar, das die Kosmologie nutzt, um große Strukturen im Universum zu erklären. „Lambda“ steht darin für die kosmologische Konstante der dunklen Energie, „CDM“ für „kalte dunkle Materie“. Doch in Kombination mit anderen Messungen zeigen sich Hinweise darauf, dass die dunkle Energie im Laufe der Zeit schwächer wird. Diese Beobachtungen sind nicht ganz neu – doch die Hinweise sind jetzt deutlicher.
Als Forschende die Daten analysierten, die DESI im ersten Betriebsjahr gesammelt hatte, deuteten diese bereits auf die mögliche Veränderung der dunklen Energie hin. Die neuen Studien verwenden Daten aus den ersten drei Jahren – und zeigen die Diskrepanz zu den bisherigen Annahmen noch deutlicher. Seshadri Nadathur, Professor an der Universität von Portsmouth, betont: „Es geht nicht nur darum, dass die Daten weiterhin eine Bevorzugung der sich entwickelnden dunklen Energie zeigen, sondern auch darum, dass die Beweise jetzt stärker sind als zuvor.“
Muss das Standardmodell der Kosmologie jetzt geändert werden?
Der Forscher betont: „Wir haben im Vergleich zum ersten Jahr auch viele zusätzliche Tests durchgeführt, die uns zuversichtlich machen, dass die Ergebnisse nicht durch einen unbekannten Effekt in den Daten verursacht werden, den wir nicht berücksichtigt haben.“ Will Percival (University of Waterloo) istebenfalls Mitglied der DESI-Kollaboration. Er sagt: „Es sieht immer mehr danach aus, dass wir unser Standardmodell der Kosmologie modifizieren müssen, damit diese verschiedenen Datensätze zusammen einen Sinn ergeben – und die sich entwickelnde dunkle Energie scheint vielversprechend.“
5 Sigma
Ob es sich bei der dunklen Energie, die sich weiterentwickelt, tatsächlich um eine bedeutende Entdeckung handelt, ist noch nicht ganz klar. Bisher liegt die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die Daten korrekt sind, noch nicht bei „5 Sigma“. Damit ist der Goldstandard der Physik gemeint – „5 Sigma“ ist die allgemein akzeptierte Schwelle für eine Entdeckung. Der DESI-Kollaboration zufolge reichen verschiedene Kombinationen von DESI-Daten mit anderen Daten jedoch von 2,8 bis 4,2 Sigma.
„Vielleicht sagt uns das Universum, dass es komplizierter ist, als wir dachten“
Willem Elbers von der Durham University teilt diese Ansicht: „Seit einigen Jahrzehnten haben wir dieses Standardmodell der Kosmologie, das wirklich beeindruckend ist. Während unsere Daten immer präziser werden, finden wir mögliche Risse im Modell und erkennen, dass wir vielleicht etwas Neues brauchen, um alle Ergebnisse zusammen zu erklären.“ Andrei Cuceu vom Berkeley Lab ergänzt: „Wir lassen uns vom Universum sagen, wie es funktioniert, und vielleicht sagt uns das Universum, dass es komplizierter ist, als wir dachten.“
Tatsächlich denkt die Kosmologie in anderen Zeitskalen als Menschen in ihrem Alltag. In diesen Zeitskalen – es geht um viele Milliarden Jahre – ist es für das Universum tatsächlich von großer Bedeutung, wie dunkle Energie beschaffen ist und sich verhält. Schließlich spielt sie eine wesentliche Rolle bei der Expansion des Universums. Verhält sich die dunkle Energie anders, könnte auch diese Expansion sich ändern und womöglich anhalten. Schließlich legen die Studien nahe, dass die dunkle Energie in den letzten vier bis fünf Milliarden Jahren schwächer geworden ist.
Das Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI)
Das Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) ist auf dem Mayall-Teleskop im Kitt Peak National Observatory installiert und durchmustert das Universum. DESI kann gleichzeitig das Licht von 5000 Galaxien einfangen und soll eine der umfassendsten Durchmusterungen des Kosmos durchführen. Das Experiment befindet sich im vierten von fünf Jahren und soll am Ende des Projekts 50 Millionen Galaxien und Quasare sowie mehr als zehn Millionen Sterne vermessen haben.
DESI ist ein internationales Experiment, an dem mehr als 900 Forschende aus mehr als 70 Forschungseinrichtungen weltweit beteiligt sind. Finanziert wird es hauptsächlich vom Office of Science des US-Energieministeriums.
Nicht einmal die Kosmologie kann die Zukunft des Universums vorhersagen
In die Zukunft blicken kann jedoch nicht einmal die Kosmologie, betont Elbers in der Washington Post: „Wir können nicht vorhersagen, was die dunkle Energie in Zukunft tun wird“, sagt er. Der Kosmologe Mustapha Ishak von der University of Texas in Dallas denkt trotzdem weiter: „Dieses Ergebnis bringt erneut die Möglichkeit auf den Tisch, dass sich das Universum nicht ewig ausdehnen könnte. Eine der Möglichkeiten ist nun, dass das Universum in einigen Theorien aufhört zu expandieren und sich zu einem Big Crunch zusammenzieht.“
Michael Levi, Direktor von DESI, fasst zusammen: „Wie auch immer die dunkle Energie beschaffen ist, sie wird die Zukunft unseres Universums prägen. Es ist ziemlich bemerkenswert, dass wir mit unseren Teleskopen in den Himmel schauen und versuchen können, eine der größten Fragen zu beantworten, die die Menschheit je gestellt hat.“ (tab)