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Immer schneller

Rätsel um die beschleunigte Expansion

Wie es sich für einen fulminanten Paradigmenwechsel gehört, taten sich mit der Entdeckung der Expansion des Kosmos natürlich eine Vielzahl neuer Fragen auf. Darunter war vor allem die Frage nach der zeitlichen Entwicklung der Ausdehnung. Klar war von vorneherein, dass die von der im Universum enthaltenen Materie ausgehende Schwerkraft die Ausdehnung verlangsamen muss, genau wie die Schwerkraft der Erde einen senkrecht nach oben geworfenen Tennisball verlangsamt.

Supernova 1a
Überrest einer Supernova des Typs 1a. Explosionen dieses Typs sind wegen ihres standardisierten Helligkeitsverlaufs besonders gut für kosmische Entfernungsmessungen geeignet. © NASA/CXC/SAO, NASA/STScI

Die Frage war aber, ob die – damals noch nicht gut vermessene – Materiedichte des Universums ausreichen würde, um die Ausdehnung des Universums eines fernen Tages vollends anzuhalten, woraufhin das Universum wieder in sich zusammenfallen würde. Oder würde sich die Ausdehnung für immer fortsetzen?

Schneller statt langsamer

Bei dem Versuch, diese Frage zu beantworten, stießen im Jahr 1998 zwei Forschungsgruppen um die US-amerikanischen Astrophysiker Brian Schmidt und Adam Riess sowie den Physiker Saul Perlmutter auf eine handfeste Überraschung: Entgegen der eigentlich gar nicht zur Debatte stehenden Erwartung, dass sich die Expansion grundsätzlich verlangsamen sollte, entdeckten
sie, dass die Ausdehnung vor etwa sechs Milliarden Jahren damit begonnen hatte, sich zu beschleunigen.

Die Fassungslosigkeit, die dieses Resultat nicht nur bei Astro-, sondern auch bei sonstigen Physikern hervorrief, kann kaum überschätzt werden. Die Erwartung einer Abbremsung der Ausdehnung beruht schließlich nur auf den unbestreitbaren Tatsachen, dass erstens das Universum nicht leer ist und zweitens Schwerkraft immer nur anziehend und nie abstoßend wirkt. Ein sich beschleunigt ausdehnendes Universum kommt einem senkrecht in die Höhe geworfenen Tennisball gleich, der sich mit immer größer werdenden Geschwindigkeit von der Erdoberfläche entfernt – als hätte er einen Raketenantrieb!

Dunkle Energie
Die Dunkle Energie könnte die Triebkraft für die Ausdehnung des Universums sein. Was sie ist und wie genau sie wirkt ist jedoch noch völlig unbekannt. © ESA/ Planck Collaboration

Lücken in der Theorie?

Dieses Resultat lässt bis heute nur zwei Schlüsse zu: Entweder verliert die Allgemeine Relativitätstheorie über kosmologische Entfernungen doch ihre Gültigkeit oder es gibt eine Energieform im Universum, die die außergewöhnliche Eigenschaft hat, einen negativen Druck auszuüben und so eine Art „Anti-Schwerkraft“ erzeugt, die die Beschleunigung antreibt.

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Der ehrwürdigen astronomischen Tradition folgend, neu entdeckten Phänomenen kryptische Bezeichnungen zu verleihen, wurde diese hypothetische Energieform Dunkle Energie genannt. Das Problem dabei ist, dass eine solche Energieform im Standardmodell der Physik nicht mit der von den Beobachtungen benötigten Energiedichte vorkommt.

So gelangt man unausweichlich zu dem Schluss, dass die beschleunigte Ausdehnung des Universums einen Hinweis auf neue Physik jenseits des Standardmodells liefert – beispielsweise in Form einer neuen Gravitationstheorie oder der Dunklen Energie. Noch dazu kam dieser Hinweis aus einer Richtung, die völlig unerwartet war. Dies erklärt einerseits die Bestürzung unter Physikern und andererseits den Nobelpreis für Physik, der Schmidt, Riess und Perlmutter im Jahr 2011 für ihre Entdeckung zuerkannt wurde.

Autor: Prof. Dr. Jochen Liske, Hamburger Sternwarte der Universität Hamburg/ DFG Forschung

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Expansion in Echtzeit
Wie Astronomen das Rätsel der kosmischen Ausdehnung lösen wollen

Das Universum wird größer
Die Entdeckung der kosmischen Expansion

Immer schneller
Rätsel um die beschleunigte Expansion

Vom Schnappschuss zum "Daumenkino"
Wie misst man die kosmische Ausdehnung?

Beim Ausdehnen zusehen
So ließe sich die Expansion in Echtzeit messen

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