Was ist Dunkle Energie – und warum beherrscht sie das Universum?

Das größte Rätsel der Physik

Etwas treibt das Universum auseinander – und es gewinnt. Etwa 70 % aller Energie und Materie im Kosmos bestehen aus einer mysteriösen Kraft, die als Dunkle Energie bezeichnet wird. Sie kann weder gesehen, berührt noch direkt gemessen werden, doch ihre Fingerabdrücke sind überall. Ohne sie würden die Sterne, Galaxien und Leerräume, die Wissenschaftler beobachten, keinen Sinn ergeben.

Trotz jahrzehntelanger Forschung können Physiker immer noch nicht sagen, was Dunkle Energie eigentlich ist. Was sie wissen, ist, dass sie die beschleunigte Expansion des Universums antreibt, eine Entdeckung, die so verblüffend war, dass sie 2011 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde.

Wie Dunkle Energie entdeckt wurde

Die Geschichte beginnt im Jahr 1998, als zwei unabhängige Astronomenteams ferne Supernovae vom Typ Ia untersuchten – Sternexplosionen, deren Helligkeit vorhersehbar genug ist, um als kosmische Messlatten zu dienen. Die Teams erwarteten, dass sich die Expansion des Universums verlangsamen würde, zurückgezogen von der Schwerkraft. Stattdessen erschienen die Supernovae schwächer als vorhergesagt, was bedeutete, dass sie weiter entfernt waren als erwartet. Das Universum expandierte nicht nur – es beschleunigte sich.

Die Astronomen Adam Riess, Saul Perlmutter und Brian Schmidt leiteten die Arbeit. Im selben Jahr prägte der Astrophysiker Michael Turner von der University of Chicago auf einer Physikerkonferenz in Australien den Begriff „Dunkle Energie“. Der Name blieb haften, obwohl er etwas beschreibt, das Wissenschaftler kaum verstehen.

Was Wissenschaftler glauben, was es sein könnte

Mehrere konkurrierende Theorien versuchen, Dunkle Energie zu erklären:

• Vakuumenergie (kosmologische Konstante) – Der leere Raum selbst trägt eine feste Energiemenge, ein Konzept, das Albert Einstein ursprünglich vorschlug. Die Quantentheorie sagt jedoch einen Wert voraus, der mehr als 100 Größenordnungen größer ist als das, was beobachtet wird, was eine der größten Peinlichkeiten der Physik darstellt.
• Quintessenz – Ein dynamisches Energiefeld, das das Universum durchdringt und sich im Laufe der Zeit allmählich verändern kann, im Gegensatz zu einer festen Konstante.
• Modifizierte Gravitation – Vielleicht ist Einsteins allgemeine Relativitätstheorie unvollständig, und die scheinbare Beschleunigung beruht eher auf einem Fehler in der Theorie als auf einer neuen Kraft.

„Wir wissen nicht, was ihre grundlegende Natur ist“, sagte Turner. „Ist es die Quantenenergie des leeren Raums? Ist es ein Skalarfeld? Ist es etwas anderes, von dem wir noch nicht einmal geträumt haben?“

Wie Wissenschaftler nach Antworten suchen

Da Dunkle Energie nicht direkt beobachtet werden kann, untersuchen Forscher ihre Auswirkungen auf die großräumige Struktur des Universums. Die wichtigsten Ansätze umfassen:

• Supernova-Durchmusterungen – Messung der Helligkeit und Entfernung explodierender Sterne, um zu verfolgen, wie sich die Expansionsrate über Milliarden von Jahren verändert hat.
• Galaxienkartierung – Kartierung der Positionen von Millionen von Galaxien, um Muster zu erkennen – sogenannte baryonische akustische Oszillationen –, die im frühen Universum eingeprägt sind. Diese Muster wirken wie ein kosmischer Maßstab.
• Gravitationslinseneffekt – Untersuchung, wie massive Strukturen Licht von fernen Galaxien beugen, wodurch die Verteilung der Materie und die Geometrie des Raums sichtbar werden.

Das Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), das an einem Teleskop in Arizona montiert ist, hat kürzlich seine fünfjährige Durchmusterung abgeschlossen und über 47 Millionen Galaxien und Quasare kartiert – sechsmal mehr Objekte als alle vorherigen Durchmusterungen zusammen. Seine ersten Ergebnisse deuten darauf hin, dass Dunkle Energie möglicherweise nicht konstant ist, sondern sich im Laufe der Zeit entwickeln könnte, eine Erkenntnis, die die Kosmologie verändern würde, wenn sie bestätigt wird.

Künftige Projekte wie das Nancy Grace Roman Space Telescope der NASA und das bodengebundene Vera C. Rubin Observatory werden die Beobachtungen weiter vorantreiben und Milliarden weiterer Galaxien kartieren, um die Einschränkungen für das Verhalten der Dunklen Energie zu verschärfen.

Warum es wichtig ist

Dunkle Energie füllt nicht nur Lehrbücher – sie bestimmt das Schicksal des Universums. Wenn sie konstant bleibt, wird sich der Kosmos für immer ausdehnen, Galaxien werden auseinanderdriften und das Universum wird über Billionen von Jahren kalt und dunkel werden. Wenn sich die Dunkle Energie verstärkt, könnte sie schließlich Galaxien, Sterne und sogar Atome in einem Szenario namens „Big Rip“ auseinanderreißen. Wenn sie schwächer wird, könnte die Schwerkraft eines Tages alles wieder zusammenziehen.

Das Verständnis der Dunklen Energie dient daher nicht nur dazu, ein Rätsel zu lösen. Es geht darum, zu lernen, wie das Universum begann, wie es sich entwickelt und wie es endet. Vorerst bleibt die Antwort auf die größte Frage der Physik: Wir wissen es noch nicht.