Dunkle Materie und Dunkle Energie im Universum - Schritte in Richtung Verständnis?

Referent: Stefan Thürey, AVL
Datum:25.02.2025 um 19:30 Uhr
Ort:AVL-Vereinsheim in Wührden

Zusammenfassung:
Viele und sehr unterschiedliche Beobachtungen und Messungen haben dazu beigetragen, dass wir das Universum mit seiner Geschichte und zukünftigen Entwicklung verstehen und präzise in einer Theorie beschreiben können. Physikalische Gesetze, die vielfach auf der Erde auf Richtigkeit geprüft worden sind, erlauben uns, beginnend bei Bruchteilen einer Sekunde nach dem Urknall, das Zusammenwirken von hochenergetischer Strahlung, von nuklearen Bauteilen der Materie, und die Bildung von Materiewolken, Sternen und Galaxien zu berechnen. Auch die fortwährende Ausdehnung des Kosmos, oder auf kleiner Größenskala, die Bildung von Planeten mit ihrer unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung gehören dazu.

Leider hat die in sich schlüssige kosmologische Theorie noch zwei schwerwiegende Löcher: Zum einen müsste sich im Kosmos viel mehr Materie finden lassen, als sich beobachten lässt. Irgendetwas muss gravitative Anziehung ausüben und die Sterne von Galaxien, und die Galaxien selbst, auf die Bahnen zwingen, die sich beobachten lassen. Der Mangel an gravitativ wirkender Masse ist nicht trivial: etwa neunmal mehr Materie, als sich tatsächlich finden lässt, müsste im Inneren von Galaxien und Galaxienhaufen stecken. Doch die Natur dieser mysteriösen Gravitationswirkung liegt noch im Dunklen, daher die Bezeichnung Dark Matter – Dunkle Materie.

Das zweite Defizit des kosmologischen Gebäudes ist die Ausdehnung des Kosmos, die anders abläuft, als die Gleichungen der Theorie erwarten lassen. Durch die Gravitation der detektierbaren und dunklen Materie müsste sich die Ausdehnung mit der Zeit verlangsamen. Das hat man auch für die anfänglichen Milliarden Jahre beobachten können, aber seit einigen Milliarden Jahren beschleunigt sich die Expansion wieder, als ob eine zusätzliche Energie den Kosmos auseinandertreibt. In Ermangelung einer guten theoretischen Erklärung für dieses Verhalten nennt man die treibende Kraft bisher Dark Energy – Dunkle Energie.

Der Referent Stefan Thürey wird sich bemühen, etwas Licht in diese Dunkelheit zu bringen und vorstellen, welche potentiellen physikalischen Phänomene hinter der Dunklen Materie und der Dunklen Energie stecken könnten, und was man tun könnte, um Erklärungsversuche auszuschließen oder zu bestätigen. Einen wichtigen Beitrag dazu wird der EUCLID-Satellit der Europäischen Raumfahrtagentur ESA leisten. Dieses Raumfahrzeug trägt ein hochempfindliches Weitwinkelteleskop, mit dem es möglich ist, die genauen Positionen und Bewegungen von Millionen von Galaxien bis mehrere Milliarden Jahre zurück in die Vergangenheit zu erfassen. Mit diesen Datensätzen wird man die Verteilung und das Wirken von Dunkler Materie und Dunkler Energie präzise beschreiben können und damit vielleicht ein besseres physikalisches Verständnis ermöglichen.

EUCLID ist Mitte 2023 erfolgreich in Betrieb genommen worden. Die ersten Bilder zur Kalibration und Vorbereitung der Routinemessungen waren von überragender Qualität und habe Einblicke in die Sternenwelt ermöglicht, wie sie das Hubble- oder James-Webb-Teleskop nicht liefern können.

Text: Stefan Thürey, AVL
Bild: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid_overview