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Wellen in der Raumzeit könnten dunkle Materie erklären
18. März 2005. Warum dehnt sich das Universum mit immer größerer Geschwindigkeit aus, warum verteilt es seinen Inhalt in einem immer größeren Raum. Eine originelle Lösung für dieses Puzzle wurde jetzt von einer Gruppe von theoretischen Physikern vorgestellt.


Vergrößerung (34k) (Quelle: Hubble)

In den letzten 100 Jahren war die Expansion des Universums Gegenstand leidenschaftlicher Diskussionen unter den brillantesten Geistern des Jahrhunderts. Wie seine Zeitgenossen glaubte auch Albert Einstein anfänglich an ein statisches Universum, das weder expandierte noch schrumpfte. Als seine eigene Allgemeine Relativitätstheorie zeigte, dass es jedoch expandieren oder schrumpfen sollte, fügte er eine neue Komponente hinzu. Seine „kosmologische Konstante“ stellte eine Massenmenge im Raum dar, der das Universum expandieren lassen würde.

Als Edwin Hubble 1929 bewies, dass das Universum tatsächlich expandierte, nannte Einstein die kosmologische Konstante „seine größte Eselei“. Fast ein Jahrhundert später wurde die Idee der kosmologischen Konstante wieder aufgenommen, diesmal in Form der Dunklen Energie. 1998 zeigten Supernova-Beobachtungen, dass das Universum sich mit immer größerer Geschwindigkeit ausdehnt. Die Beschleunigung der Ausdehnung schien nur mit der Dunklen Energie erklärbar zu sein, die etwa 70 Prozent der Masse des Universums ausmachen sollte. Weitere 25 Prozent scheinen aus einer anderen mysteriösen Bestandteil, der Dunklen Materie, zu bestehen. Nur 5 Prozent bestehen aus den Teilchen, aus denen wir unter anderem auch selbst bestehen.

„Die These der Dunklen Energie ist äußerst faszinierend,“ erklärt Antonio Riotto vom italienischen Institut für Nuklearphysik, „andererseits kann aber kein theoretisches Model, nicht einmal die modernsten wie Supersymmetrie oder die String Theorie die Mengen von Dunkler Energie erklären die notwendig sind. Hätte die Dunkle Energie die Masse die von den Theorien vorhergesagt wird, dann wäre die Expansion des Universums so fantastisch schnell abgelaufen, dass nichts von dem was wir sehen jemals entstanden wäre.“

Die Dunkle Energie ist so schwierig zu erklären, dass Forscher einen ganzen Zoo von Erklärungen herangezogen haben. So gab es neue Kräfte, weitere Dimensionen der Raumzeit und neue ultraleichte Elementarteilchen. Der jetzt veröffentlichte Report schlägt dagegen keine neuen Zutaten für das Universum vor, sondern die Erkenntnis, dass die gegenwärtige Expansionsrate des Universums die Konsequenz aus dem Standardmodell für das frühe Universum ist, der Inflationstheorie.

„Unsere Lösung des Paradox basiert auf der Inflationstheorie von 1981,“ sagt Riotto. „Nach dieser Theorie dehnte sich das Universum im ersten Augenblick nach dem Urknall unglaublich schnell aus. Das erklärt auch, warum unser Universum so gleichmäßig erscheint.“

Es wird gemeinhin angenommen, dass während der frühen Inflationsphase winzige Wellen in der Raumzeit verursacht wurden, die auch von Einsteins Relativitätstheorie vorausgesagt werden. Diese Wellen wurden durch die Expansion des Universums gedehnt und sie erstrecken sich heute weit über das für uns sichtbare 15-Milliarden-Lichtjahre-Universum hinaus. Das Forscherteam argumentiert, dass es die Entwicklung dieser Wellen ist, die die Expansion verstärken und beschleunigen.

„Es scheint als bräuchten wir für die Lösung des Puzzles das Universum jenseits unseres kosmischen Horizonts, aber keine mysteriöse Dunkle Energie,“ sagt Riotto.

Einstein hatte höchstwahrscheinlich recht, es ist nur noch zu klären, zu welchem Zeitpunkt, ob vor oder nach seiner Entscheidung, die kosmologische Konstante als Eselei zu bezeichnen. Bereits geplante Experimente sollten die Entscheidung in dieser Frage in naher Zukunft möglich machen.  

Quelle: Instituto Nazionale di Fisica Nucleare zur Startseite...
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