Bildnachweis: Chandra
Dunkle Energie. Existiert es und welche Eigenschaften hat es? Mithilfe von Galaxienhaufen-Bildern des Chandra-Röntgenobservatoriums der NASA haben Astronomen eine leistungsstarke, neue Methode zum Nachweis und zur Untersuchung dunkler Energie angewendet. Die Ergebnisse bieten faszinierende Hinweise auf die Natur der dunklen Energie und das Schicksal des Universums. Das Marshall Center verwaltet das Chandra-Programm.
Foto: Zusammengesetztes Bild des Galaxienhaufens Abell 2029 (Optisch: NOAO/Kitt Peak/J.Uson, D.Dale; Röntgen: NASA/CXC/IoA/S.Allen et al.)
Astronomen haben dunkle Energie entdeckt und untersucht, indem sie eine leistungsstarke, neue Methode angewendet haben, die Bilder von Galaxienhaufen verwendet, die vom Chandra-Röntgenobservatorium der NASA erstellt wurden. Die Ergebnisse verfolgen den Übergang der Expansion des Universums von einer verlangsamten zu einer beschleunigenden Phase vor mehreren Milliarden Jahren und geben faszinierende Hinweise auf die Natur der dunklen Energie und das Schicksal des Universums.
„Dunkle Energie ist vielleicht das größte Rätsel in der Physik“, sagte Steve Allen vom Institute of Astronomy (IoA) der University of Cambridge in England und Leiter der Studie. „Deshalb ist es extrem wichtig, seine Existenz und seine Eigenschaften unabhängig zu testen.“
Allen und seine Kollegen nutzten Chandra, um 26 Galaxienhaufen in Entfernungen zu untersuchen, die Lichtlaufzeiten zwischen einer und acht Milliarden Jahren entsprechen. Diese Daten umfassen die Zeit, in der sich das Universum von seiner ursprünglichen Expansion verlangsamte, bevor es sich aufgrund der abstoßenden Wirkung der dunklen Energie wieder beschleunigte.
„Wir sehen direkt, dass sich die Expansion des Universums beschleunigt, indem wir die Entfernungen zu diesen Galaxienhaufen messen“, sagte Andy Fabian ebenfalls vom IoA, ein Co-Autor der Studie. Die neuen Chandra-Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich die dunkle Energiedichte mit der Zeit nicht schnell ändert und sogar konstant sein kann, im Einklang mit dem Konzept der „kosmologischen Konstante“, das erstmals von Albert Einstein eingeführt wurde. Wenn dies der Fall ist, wird sich das Universum voraussichtlich für immer weiter ausdehnen, sodass in vielen Milliarden Jahren nur ein winziger Bruchteil der bekannten Galaxien beobachtbar sein wird.
Wenn die dunkle Energiedichte konstant ist, würden dramatischere Schicksale für das Universum vermieden. Dazu gehört der „Big Rip“, bei dem die dunkle Energie zunimmt, bis Galaxien, Sterne, Planeten und schließlich Atome zerrissen werden. Auch der „Big Crunch“, bei dem das Universum schließlich in sich zusammenbricht, wäre ausgeschlossen.
Chandras Sonde für dunkle Energie beruht auf der einzigartigen Fähigkeit von Röntgenbeobachtungen, das heiße Gas in Galaxienhaufen zu erkennen und zu untersuchen. Aus diesen Daten lässt sich das Verhältnis der Masse des heißen Gases und der Masse der dunklen Materie in einem Haufen bestimmen. Die beobachteten Werte des Gasanteils hängen von der angenommenen Entfernung zum Haufen ab, die wiederum von der Raumkrümmung und der Menge an dunkler Energie im Universum abhängt.
Da Galaxienhaufen so groß sind, wird angenommen, dass sie eine angemessene Probe des Materiegehalts im Universum darstellen. Wenn dies der Fall ist, sollten die relativen Mengen an heißem Gas und dunkler Materie für jeden Haufen gleich sein. Unter dieser Annahme passten Allen und Kollegen die Entfernungsskala an, um zu bestimmen, welche am besten zu den Daten passt. Diese Entfernungen zeigen, dass sich die Expansion des Universums zunächst verlangsamte und dann vor etwa sechs Milliarden Jahren zu beschleunigen begann.
Chandras Beobachtungen stimmen mit Supernova-Ergebnissen überein, einschließlich denen des Hubble-Weltraumteleskops (HST), das erstmals die Wirkung der dunklen Energie auf die Beschleunigung des Universums zeigte. Chandras Ergebnisse sind völlig unabhängig von der Supernova-Technik – sowohl in der Wellenlänge als auch in den beobachteten Objekten. Eine solche unabhängige Überprüfung ist ein Eckpfeiler der Wissenschaft. In diesem Fall hilft es, alle verbleibenden Zweifel an der Fehlerhaftigkeit der Supernova-Technik zu zerstreuen.
„Unsere Chandra-Methode hat nichts mit anderen Techniken zu tun, also vergleicht sie sozusagen definitiv keine Noten“, sagt Robert Schmidt von der Universität Potsdam, ein weiterer Koautor der Studie.
Bessere Grenzen für die Menge an dunkler Energie und ihre zeitliche Variation werden durch die Kombination der Röntgenergebnisse mit Daten der Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) der NASA erhalten, die Beobachtungen der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung nutzte, um Beweise für dunkle Energie zu finden im sehr frühen Universum. Mit den kombinierten Daten fanden Allen und seine Kollegen heraus, dass dunkle Energie etwa 75 % des Universums ausmacht, dunkle Materie etwa 21 % und sichtbare Materie etwa 4 %.
Allen und seine Kollegen betonen, dass die Messunsicherheiten so sind, dass die Daten mit einem konstanten Wert der dunklen Energie übereinstimmen. Die vorliegenden Chandra-Daten lassen jedoch die Möglichkeit zu, dass die dunkle Energiedichte mit der Zeit zunimmt. Detailliertere Studien mit Chandra, HST, WMAP und mit der zukünftigen Mission Constellation-X sollten viel genauere Einschränkungen der Dunklen Energie liefern.
„Solange wir die kosmische Beschleunigung und die Natur der dunklen Energie nicht besser verstehen, können wir nicht hoffen, das Schicksal des Universums zu verstehen“, sagte der unabhängige Kommentator Michael Turner von der University of Chicago.
Zum Forschungsteam gehörten auch Harald Ebeling von der University of Hawaii und der verstorbene Leon van Speybroeck vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Diese Ergebnisse werden in einer kommenden Ausgabe der Monthly Notices of the Royal Astronomy Society veröffentlicht.
Das Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, verwaltet das Chandra-Programm für das NASA Office of Space Science in Washington. Northrop Grumman aus Redondo Beach, Kalifornien, ehemals TRW, Inc., war der Hauptauftragnehmer für die Entwicklung des Observatoriums. Das Smithsonian Astrophysical Observatory kontrolliert Wissenschaft und Flugbetrieb vom Chandra X-ray Center in Cambridge, Massachusetts.
Weitere Informationen und Bildmaterial finden Sie unter:
http://chandra.harvard.edu/
und
http://chandra.nasa.gov/
Originalquelle: NASA-Pressemitteilung
