In die Dunkelheit starren
Die Expansion unseres Universums beschleunigt sich. Von Tag zu Tag werden die Entfernungen zwischen den Galaxien immer größer. Und außerdem wird diese Expansionsrate immer schneller – das bedeutet es, in einem Universum mit beschleunigter Expansion zu leben. Dieses seltsame Phänomen wird dunkle Energie genannt und wurde zum ersten Mal vor etwa zwanzig Jahren bei Untersuchungen entfernter Supernova-Explosionen entdeckt. Seitdem sind mehrere unabhängige Beweislinien zu demselben mürrischen Schluss gekommen: Das Universum wird immer dicker und schneller und schneller.
Trotzdem, was zum Teufel verursacht das? Was ist dunkle Energie? Für mögliche Ursachen gibt es verschiedene Ideen. Vielleicht ist es eine Illusion, und unser Verständnis der Schwerkraft ist in diesen riesigen Maßstäben einfach falsch. Vielleicht durchdringt ein etwas mysteriöses Feld die gesamte Raumzeit, das die Vergrößerung der Abstände zwischen Galaxien im gesamten Universum vorantreibt.
Die bei weitem einfachste Erklärung ist, dass dunkle Energie einfach ist:dort. Eine einfache Naturkonstante, die in den Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie auftaucht, die der grundlegende Rahmen dafür ist, wie wir kosmologische Angelegenheiten verstehen. Es hat keine Erklärung und keine Ursache. Wie jede andere Naturkonstante ist sie nur ein Teil der fundamentalen Realität.
Diese Erklärung ist zwar nicht ganz zufriedenstellend, erklärt aber alle bisher verfügbaren Daten.
Die Energie des Quasars anzapfen
Und die Daten sind einfach folgende: Es scheint, dass die Stärke der dunklen Energie während der gesamten kosmischen Zeit absolut konstant geblieben ist. Es ist da, gegenwärtig, unveränderlich in Zeit und Raum.
Vielleicht.
Eine der größten Herausforderungen beim Studium der Natur der Dunklen Energie besteht darin, dass wir kein vollständiges Bild der Expansionsgeschichte des Universums haben. Stattdessen haben wir so etwas wie kosmologische „Buchstützen“ – wir können die Expansion in relativ neuer Zeit untersuchen mit Typ 1a Supernova , und wir kennen den Zustand des Universums, als es nur 380.000 Jahre alt war, sehr genau über die kosmischer Mikrowellenhintergrund .
Licht von entfernten Quasaren (Einschub) kann helfen, die Expansionsgeschichte des Universums zu untersuchen und möglicherweise die Natur der dunklen Energie aufzudecken. Bildnachweis: NASA/CXC/M.Weiss; Röntgen: NASA/CXC/Univ. von Florenz/G.Risaliti & E.Lusso
Wir haben kein sehr klares Bild davon, was das Universum dazwischen vorhatte, aber kürzlich versuchen zwei Forscher, dies zu ändern, indem sie das Licht von entfernten Quasaren untersuchen . Diese Quasare sind monströs helle Objekte, die durch die Gravitationskompression von Material angetrieben werden, während es sich selbst zusammendrückt, um in riesige Schwarze Löcher zu passen. Quasare sind bei weitem die stärksten Motoren im Universum, was sie zu ausgezeichneten Kandidaten macht, um zwischen den Buchstützen tief in die kosmische Geschichte zu blicken.
Die zentrale Herausforderung besteht jedoch darin, dass Sie nie genau wissen, wie weit ein bestimmter Quasar entfernt ist. Wenn einer heller ist als der andere, ist der erste näher ... oder nur heller? Ohne eine Möglichkeit, diese zu entwirren, können Sie keine feste Entfernung erhalten, was bedeutet, dass Sie die Expansion des Universums seit dem Zeitpunkt, zu dem der Quasar sein Licht emittiert hat, nicht messen können.
Die Forscher wandten jedoch einen neuen Trick an, indem sie zwei verschiedene Arten von Licht verglichen, die von den Quasaren emittiert wurden. Die erste Art ist ultraviolettes Licht, das vom einfallenden Material selbst emittiert wird. Das zweite sind härtere Röntgenstrahlen, die aus der ultravioletten Strahlung erzeugt werden, die von noch mehr umgebendem Gas auf höhere Energien angehoben wird. Durch den Vergleich dieser beiden Emissionsquellen können die Forscher die wahre Helligkeit jedes Quasars aufdecken und so ihre Entfernungen kennen.
Big Rip, Big Deal
Und die Forscher fanden heraus, dass dunkle Energie nach ihren vorläufigen Ergebnissen in der Vergangenheit schwächer war. Das bedeutet, dass es nicht konstant ist – es entwickelt und verändert sich und wird mit der Zeit stärker. Wenn dieses Ergebnis hält (und das ist ein großeswenn) dann muss unsere einfachste Erklärung der dunklen Energie zugunsten von etwas Komplizierterem aus dem Fenster geworfen werden. Was eigentlich gut ist – eine sich verändernde dunkle Energie könnte uns die Anhaltspunkte geben, die wir brauchen, um neue Bereiche der Physik zu erkunden.
Aber dieses Ergebnis zeichnet auch ein düstereres Bild von der Zukunft des Universums. Wenn die dunkle Energie konstant bleibt, werden die Sterne noch Zehner Billionen Jahre lang leuchten, während die Galaxien sanft voneinander wegdriften. Aber wenn die dunkle Energie mit der Zeit stärker wird, wird ihre abstoßende Kraft überwältigend und treibt nicht nur Galaxien auseinander, sondern reißt auch die Galaxien selbst auseinander.
Und Solaranlagen.
Und Planeten.
Und Moleküle.
Wie lange wird es dauern, bis sich dieses „Big Rip“-Szenario abspielt? Es hängt davon ab, wie schnell die dunkle Energie hochfährt, aber es könnte nur ein paar Milliarden Jahre dauern. Was, kosmologisch gesehen, nicht so lang ist.
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