Das Universum ist gefüllt mit Milliarden von Galaxien und Billionen von Sternen, zusammen mit fast unzähligen Planeten, Monden, Asteroiden, Kometen und Staub- und Gaswolken - alles wirbelt in der Weite des Weltraums.
Aber wenn wir hineinzoomen, was sind die Bausteine dieser Himmelskörper und woher kommen sie?
Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum, gefolgt von Helium. zusammen bilden sie fast alle gewöhnliche Materie. Dies macht jedoch nur einen winzigen Teil des Universums aus - etwa 5%. Der Rest besteht aus Dingen, die nicht gesehen und nur indirekt erkannt werden können.
Meistens Wasserstoff
Alles begann mit einem Urknall vor ungefähr 13,8 Milliarden Jahren, als sich extrem heiße und dicht gepackte Materie plötzlich und schnell in alle Richtungen gleichzeitig ausdehnte. Millisekunden später war das neugeborene Universum laut NASA eine wogende Masse von Neutronen, Protonen, Elektronen, Photonen und anderen subatomaren Teilchen, die sich bei etwa 100 Milliarden Grad Kelvin bewegten.
Jedes Stück Materie, aus dem alle bekannten Elemente des Periodensystems bestehen - und jedes Objekt im Universum, von Schwarzen Löchern über massive Sterne bis hin zu Flecken von Weltraumstaub -, wurde während des Urknalls geschaffen, sagte Neta Bahcall, Professorin für Astronomie in der Abteilung für Astrophysikalische Wissenschaften an der Princeton University in New Jersey.
"Wir kennen nicht einmal die Gesetze der Physik, die in einer so heißen, dichten Umgebung existiert hätten", sagte Bahcall gegenüber Live Science.
Ungefähr 100 Sekunden nach dem Urknall fiel die Temperatur auf immer noch brodelnde 1 Milliarde Grad Kelvin. Etwa 380.000 Jahre später hatte sich das Universum so weit abgekühlt, dass Protonen und Neutronen zusammenkommen und Lithium, Helium und das Wasserstoffisotop Deuterium bilden konnten, während freie Elektronen zur Bildung neutraler Atome eingefangen wurden.
Da im frühen Universum so viele Protonen herumflogen, wurde Wasserstoff - das leichteste Element mit nur einem Proton und einem Neutron - zum am häufigsten vorkommenden Element und machte fast 95% der Atome des Universums aus. Laut NASA sind fast 5% der Atome des Universums Helium. Dann, ungefähr 200 Millionen Jahre nach dem Urknall, bildeten und produzierten die ersten Sterne den Rest der Elemente, die einen Bruchteil der verbleibenden 1% aller gewöhnlichen Materie im Universum ausmachen.
Unsichtbare Partikel
Während des Urknalls wurde etwas anderes geschaffen: dunkle Materie. "Aber wir können nicht sagen, wie es aussah, weil wir diese Partikel nicht entdeckt haben", sagte Bahcall gegenüber Live Science.
Dunkle Materie kann noch nicht direkt beobachtet werden, aber ihre Fingerabdrücke bleiben im ersten Licht des Universums oder in der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (CMB) als winzige Schwankungen der Strahlung erhalten, sagte Bahcall. Wissenschaftler schlugen erstmals in den 1930er Jahren die Existenz dunkler Materie vor und stellten die Theorie auf, dass die unsichtbare Anziehungskraft der dunklen Materie das sein muss, was sich schnell bewegende Galaxienhaufen zusammenhält. Jahrzehnte später, in den 1970er Jahren, fand die amerikanische Astronomin Vera Rubin indirektere Hinweise auf dunkle Materie in den schneller als erwarteten Rotationsraten der Sterne.
Basierend auf Rubins Erkenntnissen berechneten Astrophysiker, dass dunkle Materie - obwohl sie nicht gesehen oder gemessen werden konnte - einen bedeutenden Teil des Universums ausmachen muss. Vor etwa 20 Jahren entdeckten Wissenschaftler, dass das Universum etwas noch Seltsameres als dunkle Materie enthielt. Dunkle Energie, von der angenommen wird, dass sie wesentlich häufiger vorkommt als Materie oder Dunkle Materie.
Eine unwiderstehliche Kraft
Die Entdeckung der Dunklen Energie kam zustande, weil sich Wissenschaftler fragten, ob es genug Dunkle Materie im Universum gibt, um zu bewirken, dass sich die Expansion ausbreitet oder die Richtung umkehrt, wodurch das Universum auf sich selbst nach innen kollabiert.
Und siehe da, als ein Forscherteam dies Ende der neunziger Jahre untersuchte, stellten sie fest, dass das Universum nicht nur nicht in sich zusammenbrach, sondern sich immer schneller nach außen ausdehnte. Die Gruppe stellte fest, dass eine unbekannte Kraft - dunkle Energie genannt - in der scheinbaren Leere des Weltraums gegen das Universum drückte und dessen Impuls beschleunigte; Die Ergebnisse der Wissenschaftler brachten den Physikern Adam Riess, Brian Schmidt und Saul Perlmutter 2011 den Nobelpreis für Physik ein.
Modelle der Kraft, die zur Erklärung der beschleunigten Expansionsrate des Universums erforderlich ist, legen nahe, dass die Dunkle Energie zwischen 70% und 75% des Universums ausmachen muss. Dunkle Materie macht mittlerweile etwa 20% bis 25% aus, während die sogenannte gewöhnliche Materie - das, was wir tatsächlich sehen können - schätzungsweise weniger als 5% des Universums ausmacht, sagte Bahcall.
Angesichts der Tatsache, dass dunkle Energie etwa drei Viertel des Universums ausmacht, ist der Astrophysiker Mario Livio, der damals am Space Telescope Science Institute der Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland, tätig war, gegenüber der Schwesterseite von Live Science der wohl größte Herausforderung für Wissenschaftler Space.com im Jahr 2018.
"Während dunkle Energie in der Vergangenheit keine große Rolle in der Evolution des Universums gespielt hat, wird sie in Zukunft die dominierende Rolle in der Evolution spielen", sagte Livio. "Das Schicksal des Universums hängt von der Natur der dunklen Energie ab."
