Bildnachweis: Chandra
Dunkle Energie. Existiert es und was sind seine Eigenschaften? Mithilfe von Galaxienhaufenbildern des Chandra-Röntgenobservatoriums der NASA haben Astronomen eine leistungsstarke, neue Methode zur Erkennung und Untersuchung dunkler Energie angewendet. Die Ergebnisse bieten faszinierende Hinweise auf die Natur der dunklen Energie und das Schicksal des Universums. Das Marshall Center verwaltet das Chandra-Programm.
Foto: Zusammengesetztes Bild des Galaxienhaufens Abell 2029 (Optisch: NOAO / Kitt Peak / J. Uson, D. Dale; Röntgen: NASA / CXC / IoA / S. Allen et al.)
Astronomen haben dunkle Energie mithilfe einer leistungsstarken neuen Methode entdeckt und untersucht, bei der Bilder von Galaxienhaufen verwendet werden, die vom Chandra-Röntgenobservatorium der NASA erstellt wurden. Die Ergebnisse zeichnen den Übergang der Expansion des Universums von einer sich verlangsamenden zu einer beschleunigenden Phase vor einigen Milliarden Jahren nach und geben faszinierende Hinweise auf die Natur der dunklen Energie und das Schicksal des Universums.
"Dunkle Energie ist vielleicht das größte Rätsel in der Physik", sagte Steve Allen vom Institut für Astronomie (IoA) an der Universität von Cambridge in England und Leiter der Studie. "Daher ist es äußerst wichtig, einen unabhängigen Test seiner Existenz und Eigenschaften durchzuführen."
Allen und seine Kollegen verwendeten Chandra, um 26 Galaxienhaufen in Entfernungen zu untersuchen, die Lichtlaufzeiten zwischen einer und acht Milliarden Jahren entsprechen. Diese Daten erstrecken sich über die Zeit, in der sich das Universum von seiner ursprünglichen Expansion verlangsamte, bevor es aufgrund der abstoßenden Wirkung der dunklen Energie wieder schneller wurde.
"Wir sehen direkt, dass sich die Expansion des Universums beschleunigt, indem wir die Entfernungen zu diesen Galaxienhaufen messen", sagte Andy Fabian, ebenfalls vom IoA, einem Mitautor der Studie. Die neuen Chandra-Ergebnisse legen nahe, dass sich die Dunkle Energiedichte nicht schnell mit der Zeit ändert und sogar konstant sein kann, was mit dem von Albert Einstein erstmals eingeführten Konzept der „kosmologischen Konstante“ übereinstimmt. Wenn ja, wird erwartet, dass sich das Universum für immer weiter ausdehnt, so dass in vielen Milliarden von Jahren nur ein winziger Bruchteil der bekannten Galaxien beobachtbar sein wird.
Wenn die dunkle Energiedichte konstant ist, würden dramatischere Schicksale für das Universum vermieden. Dazu gehört der „Big Rip“, bei dem die Dunkle Energie zunimmt, bis Galaxien, Sterne, Planeten und schließlich Atome auseinandergerissen werden. Der „Big Crunch“, bei dem das Universum schließlich in sich zusammenbricht, wäre ebenfalls ausgeschlossen.
Chandras Sonde für dunkle Energie beruht auf der einzigartigen Fähigkeit von Röntgenbeobachtungen, das heiße Gas in Galaxienhaufen zu erfassen und zu untersuchen. Aus diesen Daten kann das Verhältnis der Masse des heißen Gases und der Masse der dunklen Materie in einem Cluster bestimmt werden. Die beobachteten Werte der Gasfraktion hängen von der angenommenen Entfernung zum Cluster ab, die wiederum von der Krümmung des Raums und der Menge der dunklen Energie im Universum abhängt.
Da Galaxienhaufen so groß sind, wird angenommen, dass sie eine angemessene Stichprobe des Materiegehalts im Universum darstellen. Wenn ja, sollten die relativen Mengen an heißem Gas und dunkler Materie für jeden Cluster gleich sein. Unter dieser Annahme haben Allen und Kollegen die Entfernungsskala angepasst, um festzustellen, welche am besten zu den Daten passt. Diese Entfernungen zeigen, dass sich die Expansion des Universums zuerst verlangsamte und dann vor etwa sechs Milliarden Jahren zu beschleunigen begann.
Chandras Beobachtungen stimmen mit Supernova-Ergebnissen überein, einschließlich denen des Hubble-Weltraumteleskops (HST), das zuerst den Effekt der Dunklen Energie auf die Beschleunigung des Universums zeigte. Chandras Ergebnisse sind völlig unabhängig von der Supernova-Technik - sowohl in Bezug auf die Wellenlänge als auch auf die beobachteten Objekte. Eine solche unabhängige Überprüfung ist ein Eckpfeiler der Wissenschaft. In diesem Fall hilft es, alle verbleibenden Zweifel zu zerstreuen, dass die Supernova-Technik fehlerhaft ist.
"Unsere Chandra-Methode hat nichts mit anderen Techniken zu tun, daher vergleichen sie sozusagen definitiv keine Notizen", sagte Robert Schmidt von der Universität Potsdam in Deutschland, ein weiterer Mitautor der Studie.
Bessere Grenzen für die Menge an Dunkler Energie und deren zeitliche Veränderung werden erzielt, indem die Röntgenergebnisse mit Daten der Wilkinson-Mikrowellenanisotropiesonde (WMAP) der NASA kombiniert werden, bei der Beobachtungen der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung verwendet wurden, um Hinweise auf Dunkle Energie zu finden im sehr frühen Universum. Unter Verwendung der kombinierten Daten stellten Allen und seine Kollegen fest, dass dunkle Energie etwa 75% des Universums ausmacht, dunkle Materie etwa 21% und sichtbare Materie etwa 4%.
Allen und seine Kollegen betonen, dass die Unsicherheiten bei den Messungen so sind, dass die Daten mit dunkler Energie mit einem konstanten Wert übereinstimmen. Die vorliegenden Chandra-Daten erlauben jedoch die Möglichkeit, dass die dunkle Energiedichte mit der Zeit zunimmt. Detailliertere Studien mit Chandra, HST, WMAP und mit der zukünftigen Mission Constellation-X sollten die Dunkle Energie viel präziser einschränken.
"Bis wir die kosmische Beschleunigung und die Natur der dunklen Energie besser verstehen, können wir nicht hoffen, das Schicksal des Universums zu verstehen", sagte der unabhängige Kommentator Michael Turner von der Universität von Chicago.
Zu dem Team, das die Forschung durchführte, gehörten auch Harald Ebeling von der Universität von Hawaii und der verstorbene Leon van Speybroeck vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Diese Ergebnisse werden in einer kommenden Ausgabe der monatlichen Mitteilungen der Royal Astronomy Society veröffentlicht.
Das Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, verwaltet das Chandra-Programm für das NASA Office of Space Science in Washington. Northrop Grumman aus Redondo Beach, Kalifornien, ehemals TRW, Inc., war der Hauptentwicklungsauftragnehmer für das Observatorium. Das Smithsonian Astrophysical Observatory kontrolliert Wissenschaft und Flugbetrieb vom Chandra X-ray Center in Cambridge, Massachusetts.
Weitere Informationen und Bilder finden Sie unter:
http://chandra.harvard.edu/
und
http://chandra.nasa.gov/
Ursprüngliche Quelle: NASA-Pressemitteilung
