Dunkle Energie: "Das heißeste Thema in der Physik"

Eine Serie umfangreicher Computer-Simulationen zur Entwicklung des Universums am Institute for Computational Cosmology (ICC) der Universität Durham haben aufgezeigt, wie die Dunkle Energie im Kosmos gemessen werden kann. Die Ergebnisse könnten somit helfen, eines der größten Geheimnisse in der Astronomie zu lüften. „Dunkle Energie ist das heißeste Thema in der Physik allgemein“, betont ICC-Direktor Carlos Frenk gegenüber pressetext.

Die Entdeckung der Dunklen Energie vor rund zehn Jahren hatte die Physik in eine Krise gestürzt. „Wir wissen, dass die Dunkle Energie da ist, aber nicht, wie sie produziert wird oder warum es sie gibt“, erklärt Frenk. Dabei wird sie als wichtigste Komponente unseres Universums gesehen, das laut Wissenschaftler zu etwa 70 bis 75 Prozent aus Dunkler Energie besteht. Sie wirkt der Schwerkraft entgegen und beschleunigt die Ausdehnung des Universums. Da der Effekt der Dunklen Energie den der Schwerkraft im heutigen Universum überwiegt, haben Wissenschaftler zumindest eine Vermutung über ihre Auswirkung. „Irgendwann wird die Dunkle Energie das Universum zerreißen und eine dunkle, kalte Ausdehnung sterbender Sterne und Schwarzer Löcher zurücklassen“, so Frenk.

Bei den durchgeführten Simulationen haben die Forscher des ICC festgestellt, dass sich mit den Annahmen über die Dunkle Energie deren Auswirkungen auf das sichtbare Universum ändern. „Im frühen Universum durchliefen Materie und Strahlung eine Reihe von Oszillationen ähnlich Schallwellen. Das hinterließ eine charakteristische Wellen-Struktur in der Verteilung von Materie und Energie“, erklärt Frenk. Wie die Berechnungen zeigten, hängt die Wellenlänge dieser im gegenwärtigen Universum beobachtbaren Struktur von der Natur der Dunklen Energie ab. Damit ist jetzt klar, was und wie Forscher beobachten müssen, um ein besseres Verständnis der dunklen Energie zu gewinnen.

Das Forschungsergebnis könnte der unter der Führung der Universität Bologna befindlichen Satellitenmission Spectroscopic All-sky Cosmic Explorer (SPACE) zu einem erfolgreichen Auswahl-Verfahren bei der European Space Agency (ESA) verhelfen. „Dank der ICC-Simulationen ist es möglich vorherzusagen, was SPACE beobachten würde. Das erlaubt zu planen, wie die Missionsparameter gestaltet werden müssen um eine dreidimensionale Karte des Universums zu erhalten“, sagt Andrea Cimatti von der Universität Bologna. Ein Vergleich der erhaltenen Karte mit den Simulations-Ergebnissen könnte endlich die Natur der Dunklen Energie offenbaren. Falls es eine Bewilligung durch die ESA gibt, soll SPACE im Jahr 2017 starten.

Die Simulationen wurden auf dem ICC-Computersystem Cosmoloy Machine (COSMA) durchgeführt, das rund 870 Rechenkerne umfasst und mit etwa 1.500 Gigabyte RAM arbeitet. Die drei Simulationen höchster Auflösung dauerten je elf Tage, etwa 50 zusätzliche je rund einen Tag. Die Forschungsergebnisse der Durhamer Wissenschaftler werden heute, Freitag, im Fachjournal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society bei Blackwell Publishing http://www.blackwellpublishing.com veröffentlicht.