Dunkle Energie

Ihre Existenz konnte bisher experimentell nicht direkt nachgewiesen werden.

Die Dunkle Energie wird als Ursache der Inflation in der frühen Phase des Universums gesehen. In den gängigen wissenschaftlichen Modellen besteht das Universum zum gegenwärtigen Zeitpunkt, ca. 13,8 Milliarden Jahre nach dem Urknall, zu 72 % aus dunkler Energie, 23 % aus Dunkler Materie und zu 4,6 % aus der sichtbaren, baryonischen Materie. In der Frühzeit des Universums, zum Zeitpunkt der Entkopplung der Materie von der Hintergrundstrahlung, war die Zusammensetzung noch wesentlich anders. Das Universum bestand damals aus 63 % Dunkler Materie, 10 % Neutrinos, 15 % Photonen und zu 12 % aus der baryonischen Materie. Die Existenz dunkler Energie wird postuliert, um die beobachtete beschleunigte Expansion des Universums zu erklären. In Übereinstimmung mit der Urknall-Theorie hat sich die Expansion des Universums nach der anfänglichen Inflation in den ersten Milliarden Jahren seiner Existenz verlangsamt. Seitdem nimmt die relative Ausdehnungsgeschwindigkeit zu. Die Erklärung dieser beobachteten beschleunigten Expansion hat zum Konzept der Dunklen Energie geführt. Die Expansion des Universums wurde 1927 vom belgischen Astrophysiker Georges Lemaître entdeckt. Lange Zeit war unklar, ob die Expansion

• unendlich fortdauern wird (offenes Universum);
• immer langsamer wird, aber dennoch einen asymptotischen Grenzzustand erreichen wird (ebenes Universum);
• irgendwann zum Stillstand kommt und wieder in eine Kontraktion übergeht (geschlossenes Universum).

Das ganze Universum ist von einer nahezu isotropen Strahlung im Mikrowellenbereich erfüllt, die kurz nach dem Urknall entstanden ist. Sie wird auch als Drei-Kelvin-Strahlung bezeichnet und gilt als Beleg für die Urknalltheorie (Standardmodell). Untersuchungen dieser kosmischen Hintergrundstrahlung, beispielsweise mittels des WMAP-Satelliten,  lassen den Schluß zu, dass die relative Expansion des Universums  heute beschleunigt abläuft.  Die Beschleunigung der relativen Expansion wird mit dem Lambda-CDM-Modell beschrieben. Das  ist ein einfaches  kosmologisches Modell, das mit in der Grundform sechs – Parametern die Entwicklung des Universums seit dem Urknall beschreibt. Es ist in guter Übereinstimmung mit kosmologischen Messungen und wird daher  auch als Standardmodell der Kosmologie bezeichnet. Das ΛCDM-Modell postuliert einen Urknall, aus dem das Universum vor etwa 13,8 Milliarden Jahren hervorging. Nach einer langen Phase abgebremster Expansion expandiert es seit etwa 4 Milliarden Jahren beschleunigt. Als Ursache wird Dunkle Energie angenommen. Dunkle Energie konnte bislang nicht direkt nachgewiesen werden; ihre einzigen derzeit beobachtbaren Auswirkungen beziehen sich auf die Expansion des Universums und auf die Strukturbildung im Universum. Das ist der Prozess, durch den im Universum großräumige Strukturen wie Sterne, Galaxien und Galaxienhaufen aus anfänglich gleichmäßig verteilten Materie- und Energiefluktuationen entstehen.

Das Konzept der dunklen Energie wurde von dem US-amerikanischen Astrophysiker Michael Turner entwickelt, um damit die beobachtete Expansion des Universums zu erklären. Die Quantenfeldtheorie interpretiert die dunkle Energie als Vakuumenergie, die der Gravitation der im Universum enthaltenen Materie entgegenwirkt. Eine andere Theorie sieht in der Dunklen Energie die Wirkung eines Skalarfeldes, dessen Fluktuationen sich fast mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Mit dem vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik entwickelten Messinstrument eROSITA, das am 13. Juli 2019 im russischen Satelliten Spektr-RG  mit einer Proton-Rakete in den Weltraum gebracht wurde, hoffen die Wissenschaftler, die Natur der Dunklen Energie endgültig zu enträtseln. Der Satellit Spektr-RG wurde in einem Halo-Orbit um den Lagrange-Punkt L₂ des Erde-Sonne-Systems positioniert, von wo aus eROSITA innerhalb von vier Jahren achtmal den gesamten Himmel durchmustern soll. Aus der ersten vollständigen Durchmusterung wurde eine Karte mit ca. einer Million Röntgenobjekten erstellt. eROSITA untersucht innerhalb von vier Jahren achtmal das Universum im mittleren Röntgenbereich bis 10 keV in spektraler und räumlicher Auflösung, was ein absolutes Novum ist. Weiteres wissenschaftliches Ziel ist der systematische Nachweis von schwarzen Löchern in nahen Galaxien.