Studie: Dunkle Energie könnte im Laufe der Zeit variieren

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Grafische Darstellung der Variation der Dunklen Energie im Laufe der Zeit (Illu.).

Grafische Darstellung der Variation der Dunklen Energie im Laufe der Zeit (Illu.).
Copyright: NASA/CXC/Univ. of Florence/G.Risaliti & E.Lusso

Florenz (Italien) – Vor rund 20 Jahren zeigten Messungen der Entfernungen zu explodierenden Sternen, sog. Supernovae, dass sich unser Universum offenbar schneller ausdehnt, als dies mit den vorliegenden Beobachtungsdaten erklärbar war, was die Einführung des Konzepts einer Kraft oder Energie notwendig machte, die den gesamten Raum durchdringt und die Expansion des Universums beschleunigt. Neue Mess- und Beobachtungsdaten von Weltraumteleskopen legen nun nahe, dass die Dunkle Energie mit der Zeit zu variieren scheint. Das wiederum spricht gegen Dunkle Energie als kosmische Konstante, für die sie bislang von vielen Astrophysikern betrachtet wurde.

Wie die NASA berichtet, basiert das Ergebnis der aktuell von Guido Risaliti von der Università degli Studi di Firenze und Elisabeta Lusso von der Durham University im Fachjournal „Nature Astronomy“ (DOI: 10.1038/s41550-018-0657-z) und vorab via ArXiv.org veröffentlichten Studie, auf einer neuen Methode zur Bestimmung von Entfernungen von etwa 1.598 Quasaren mit Hilfe von Daten der Röntgen-Weltraumteleskope „Chandra“ (NASA) und „XMM-Newton“ (ESA), mit der die Auswirkungen der Dunklen Energie vom frühen Universum bis heute gemessen werden können. Bei Quasaren handelt es sich um den aktiven Kern einer Galaxie, der im sichtbaren Bereich des Lichtes nahezu punktförmig erscheint und sehr große Energiemengen in anderen Wellenlängenbereichen ausstrahlt.

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Die neue Methode verwendet ultraviolette (UV) und Röntgendaten, um die Quasar-Abstände zu schätzen. Bei Quasaren erzeugt eine Materiescheibe um ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum einer Galaxie UV-Licht (in der obigen Abbildung blau dargestellt). Einige der UV-Photonen kollidieren mit Elektronen in einer Wolke aus heißem Gas (gelb) oberhalb und unterhalb der Scheibe, und diese Kollisionen können die Energie des UV-Lichts bis zu Röntgenebene anheben. Diese Wechselwirkung verursacht eine Korrelation zwischen den Mengen der beobachteten UV- und Röntgenstrahlung. Diese Korrelation hängt wiederum von der Lichtstärke des Quasars, d.h. der Strahlungsmenge ab, die er erzeugt.

Auf diese Weise werden die Quasare sozusagen zu Standardkerzen für die Messungen: Sobald die Helligkeit bekannt ist, kann der Abstand zu den Quasaren aus der beobachteten Strahlungsmenge berechnet werden. Die so gewonnenen Informationen nutzten die Wissenschaftler dann, um die Ausdehnungsrate des Universums bis in sehr frühe Zeiten zu untersuchen und fanden dabei Hinweise darauf, dass die Dunkle Energie mit der Zeit zunimmt.

Da es sich um eine neue Methode handelt, haben die Astronomen zusätzliche Schritte unternommen, um zu zeigen, dass diese Technik auch tatsächlich zuverlässige Ergebnisse liefert und zeigen, dass die Ergebnisse mit denen der Supernova-Messungen zu den letzten 9 Milliarden Jahre übereinstimmen. Dies gibt also die Gewissheit, dass die Ergebnisse sogar noch früher zuverlässig sind. Auch bei der Auswahl der derart untersuchten Quasare haben die Forscher große Sorgfalt angewandt, um statistische Fehler zu minimieren und systematische Fehler zu vermeiden, die möglicherweise von der Entfernung der Erde zum Objekt abhängen können.

Schon zuvor hatten einige Wissenschaftler vermutet, dass es ein neues Physikverständnis brauche, um beobachtete Abweichungen vom bisherigen Standardmodell, dass Dunkle Energievielfach als Konstante betrachtet, zu erklären. Einige vermuteten tatsächlich eine Zunahme der Stärke der Dunklen Energie, wie sie nun von den neuen Messungen bestätigt zu werden scheint.

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