Dunkle Energie

Den weitaus größten Anteil an der Gesamtdichte von Materie und Energie im Universum – nämlich rund 68 Prozent – macht ein Energiefeld aus, das den Kosmos beschleunigt auseinandertreibt: Dunkle Energie. Diese bisher rätselhafte Energieform wirkt der Schwerkraft der im Weltall enthaltenen Materie entgegen, welche die Expansion des Raumes bremst. Nach heutiger Kenntnis dominiert die Dunkle Energie, sodass sich das Universum auf ewige Zeit ausdehnen wird.

Materie- und Energieverteilung im Universum

Während Teilchenphysiker und Kosmologen bei der Frage nach der Natur der Dunklen Materie konkrete Lösungsansätze vorschlagen, ist die Lage bei der Dunklen Energie erheblich schwieriger. Damit sie die beobachtete beschleunigte Ausdehnung des Universums verursachen kann, muss ihr Druck negativ sein. Das allein läuft zwar der Intuition zuwider, ist aber theoretisch möglich. Bestimmte Arten postulierter Quantenfelder können tatsächlich einen negativen Druck erzeugen, der so wirkt, als verursache er eine abstoßende Gravitation. Modelle dafür zu konstruieren, ist Aufgabe der Teilchenphysik. Allerdings bleibt hier ein erheblicher Spielraum offen, weil konkrete experimentelle Einschränkungen fehlen.

Der für die beschleunigte Expansion notwendige negative Druck verhindert, dass die Dunkle Energie Strukturen bilden kann. Dennoch greift sie in die kosmische Strukturbildung ein, weil sie den Ablauf der kosmischen Ausdehnung verändert. Kosmische Strukturen aus Dunkler Materie mussten bei ihrer Entstehung gegen die allgemeine Ausdehnung des Universums anlaufen. Abhängig vom Modell für die Dunkle Energie bildeten sich diese Strukturen früher oder später in der kosmischen Geschichte, und entsprechend werden auch die Zentralbereiche dieser Gebilde mehr oder weniger dicht. Computersimulationen sind hier zu einem wichtigen Werkzeug der Kosmologen geworden.

Auf welche Weise ließe sich mehr über die Dunkle Energie erfahren? Zum einen wollen Kosmologen genauer herausfinden, wie sich die Expansion des Universums seit dem Urknall entwickelt hat. Beobachtungen bestimmter Sternexplosionen, sogenannter Supernovae vom Typ Ia, und des schwachen Gravitationslinseneffektes großer kosmischer Strukturen erscheinen hierfür derzeit am besten geeignet. Ferner wird das Studium der erwähnten indirekten Auswirkungen der Dunklen Energie auf die kosmischen Strukturen den Zusammenhang zwischen Teilchenphysik, Kosmologie und beobachtender Astronomie weiter vertiefen.