Schicksal des Universums liegt in Händen der dunklen Energie

Bisher wissen wir nicht, was es ist

Vor etwa 25 Jahren fand eine Revolution in unserem Wissen über das Universum statt. Durch die detaillierte Analyse bestimmter Arten von Supernovae, gigantischen Explosionen von Sternen am Ende ihres Lebenszyklus, stellten zwei Wissenschaftlerteams (die 2011 den Nobelpreis für Physik erhielten) fest, dass sich der Weltraum mit einer beschleunigten Geschwindigkeit ausdehnt, schreibt Eusebio Sánchez Álvaro (Kosmologie und Teilchenphysik, Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas – CIEMATopen access im Portal The Conversation.

Gleaming Lights of the Souls, Yayoi Kusama, Lousiana, Kopenhagen – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft

Das war eine der überraschendsten Entdeckungen in der Geschichte der Wissenschaft. Man ging davon aus, dass sich die Ausdehnung des Universums aufgrund der Anziehungskraft zwischen Galaxien durch die Schwerkraft verlangsamen würde. Die beschleunigte Ausdehnung zeigte jedoch, dass noch etwas anderes vor sich geht. Es gibt eine exotische, bis dahin unbemerkte Entität, die eine abstoßende Schwerkraft erzeugt und die Galaxien immer schneller auseinander treibt. Es ist die dunkle Energie.

Die Entdeckung der dunklen Energie hat ein starkes internationales wissenschaftliches Forschungsprogramm in Gang gesetzt, das immer noch aktiv ist und darauf abzielt, die Zusammensetzung des Universums zu bestimmen. Die dabei erzielten Ergebnisse sind verblüffend. Unsere Aufgabe ist es, Wissen zu teilen und die Debatte zu bereichern.

Wir wissen, dass es da ist, aber wir wissen nicht, was es ist

Die heutigen erfolgreichen Theorien der Materie, die im bekannten Standardmodell der Teilchenphysik formuliert sind, erklären nur 5 % des Inhalts des Universums. Die verbleibenden 95 % bestehen aus zwei exotischen Gegebenheiten, deren physikalische Natur nach wie vor rätselhaft ist und die wir im Labor nicht herstellen konnten. Es handelt sich um die dunkle Materie (25 % des Inhalts des Universums) und die dunkle Energie (70 %).

Im vergangenen Vierteljahrhundert wurde das Standardmodell der Kosmologie entwickelt, die „moderne Version“ der Urknalltheorie, bekannt als ?CDM. Diese Theorie erklärt alle Beobachtungen, die gemacht wurden, und betrachtet die dunkle Energie als kosmologische Konstante (von den Physikern ? genannt). Der Name der Theorie bezieht sich auf die beiden dominierenden Komponenten des Inhalts des Universums: dunkle Materie (CDM, für Cold Dark Matter) und dunkle Energie in Form der kosmologischen Konstante (?).

Eine winzige Größe und eines der größten Rätsel

Die kosmologische Konstante ist die dem leeren Raum innewohnende Energie. Die derzeitigen Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese Energie sehr klein ist, sie entspricht der Masse von 3 Protonen pro Kubikmeter Raum. Aus diesem Grund konnte sie bis 1998 nicht nachgewiesen werden. Frühere Instrumente waren einfach nicht empfindlich für einen so kleinen Wert. Trotz seiner Winzigkeit ist es eines der großen Rätsel der Wissenschaft. Das Standardmodell der Teilchenphysik kann seine Größe nicht erklären, und niemand kennt den tiefen Grund für diese Diskrepanz. Diese Diskrepanz ist als das Problem der kosmologischen Konstante bekannt. Um es zu lösen, müssen neue physikalische Theorien entwickelt werden. Es ist sogar möglich, dass die dunkle Energie etwas noch Exotischeres ist. Derzeit laufen riesige kosmologische Beobachtungsprojekte wie DESI, LSST oder Euclid, die in den kommenden Jahren neue und bessere Daten liefern werden.

Das Schicksal des Universums

Unabhängig von der physikalischen Natur der dunklen Energie beherrscht sie das Schicksal des Universums. Der Grund dafür ist ihr exotisches Verhalten. Alle anderen Komponenten nehmen mit der Ausdehnung des Universums an Dichte ab (https://en.wikipedia.org/wiki/Equation_of_state_(cosmology). Dies ist zu erwarten, da die gleiche Menge an Materie in einem größeren Volumen vorhanden ist. Die dunkle Energie ist jedoch ein so seltsames Gebilde, dass ihre Dichte bei der Expansion konstant (wenn es sich um die kosmologische Konstante handelt) oder fast konstant (wenn es sich um etwas anderes handelt) bleibt. Die dunkle Energie nimmt also nicht (oder nur sehr wenig) mit der Zeit ab. Daher dominiert sie letztendlich die Dichte des Universums und wird es in Zukunft immer mehr dominieren.

Der thermische Tod

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass Vorhersagen über die langfristige Zukunft des Universums mit äußerster Vorsicht zu genießen sind. Es ist durchaus möglich, dass neue Entdeckungen gemacht werden, die sie erheblich verändern. Aber mit den derzeitigen Daten, die mit der dunklen Energie als kosmologischer Konstante vereinbar sind, ist die Zukunft, die das Universum erwartet, der so genannte thermische Tod.

Es wird sich immer weiter ausdehnen, immer schneller und leerer werden. Die beschleunigte Expansion wird dazu führen, dass die Galaxien über den kosmologischen Horizont hinaus fliehen, bis wir nur noch unsere kosmische Nachbarschaft beobachten können und sonst nichts mehr.

Schritt für Schritt zur Apokalypse

In etwa 5 Milliarden Jahren wird die Sonne den gesamten Brennstoff in ihrem Kern verbraucht haben und zu einem Roten Riesen werden. Einige hundert Millionen Jahre später wird sie zu einem Weißen Zwerg kollabieren, dem Überbleibsel eines mittelgroßen Sterns wie der Sonne. Dabei wird er die inneren Planeten des Sonnensystems, darunter auch die Erde, verdampfen. Etwa zur gleichen Zeit, in der die Sonne zu einem Roten Riesen wird, wird unsere Galaxie mit Andromeda kollidieren und eine einzige riesige elliptische Galaxie bilden. Keine andere Galaxie wird mehr am Himmel zu sehen sein. Als Folge der beschleunigten Expansion werden sie hinter dem kosmologischen Horizont verschwunden sein.

Auch die nach der Verschmelzung von Milchstraße und Andromeda entstandene Riesengalaxie wird mit dem Absterben ihrer Sterne allmählich verschwinden. Nach einer unvorstellbar langen Zeit werden alle Objekte verschwinden und nur ein verdünntes Gas von Photonen mit sehr geringer Energie zurücklassen. Das ist das Ende, der thermische Tod, von dem wir sprechen.

Sowohl dunkle Materie als auch dunkle Energie sind Gegebenheiten, die wir noch nicht sehr gut kennen. Wir haben eine mögliche Erklärung für die dunkle Energie als kosmologische Konstante (obwohl es immer noch möglich ist, dass es sich um etwas Exotischeres handelt), aber die Natur der dunklen Materie ist völlig unbekannt. Daher kann sich diese Beschreibung der Zukunft des Universums in dem Maße, wie wir ihre physikalischen Eigenschaften aufklären, noch erheblich ändern. Es ist ein faszinierender Weg, der revolutionäre Entdeckungen verspricht, und wir können nicht anders, als die Augen offen zu halten…

->Quelle: theconversation.com/el-destino-del-universo-esta-en-manos-de-la-energia-oscura