Bildnachweis: ESA
Erst vor wenigen Jahren haben Astronomen aktuelle Modelle des Universums mit der Theorie der Dunklen Energie erschüttert. was besagt, dass sich die Expansion des Universums tatsächlich beschleunigt. Bei der Betrachtung entfernter Galaxienhaufen - bis zu 10 Milliarden Lichtjahre entfernt - stellten die ESA-Astronomen fest, dass sie konzentriertere Materie enthielten, als die Theorie der Dunklen Energie vorhersagen würde. Wenn die Materie so konzentriert wäre, könnte das Universum nicht zu 70% aus dunkler Energie bestehen.
Das Röntgenobservatorium der ESA, XMM-Newton, hat verlockende neue Daten über die Natur des Universums zurückgegeben. Bei einer Untersuchung entfernter Galaxienhaufen hat XMM-Newton rätselhafte Unterschiede zwischen den heutigen Galaxienhaufen und denen im Universum vor etwa siebentausend Millionen Jahren festgestellt. Einige Wissenschaftler behaupten, dass dies so interpretiert werden kann, dass die „dunkle Energie“, von der die meisten Astronomen heute glauben, dass sie das Universum dominiert, einfach nicht existiert?
Die Beobachtungen von acht entfernten Galaxienhaufen, von denen der weiteste etwa 10 Millionen Lichtjahre entfernt ist, wurden von einer internationalen Gruppe von Astronomen unter der Leitung von David Lumb vom ESA-Weltraumforschungs- und Technologiezentrum (ESTEC) in den Niederlanden untersucht. Sie verglichen diese Cluster mit denen im nahe gelegenen Universum. Diese Studie wurde im Rahmen des größeren XMM-Newton Omega-Projekts durchgeführt, das die Dichte der Materie im Universum unter der Leitung von Jim Bartlett vom College de France untersucht.
Galaxienhaufen sind erstaunliche Röntgenstrahler, da sie eine große Menge Hochtemperaturgas enthalten. Dieses Gas umgibt Galaxien genauso wie Dampf Menschen in einer Sauna. Durch Messung der Menge und Energie von Röntgenstrahlen eines Clusters können Astronomen sowohl die Temperatur des Clustergases als auch die Masse des Clusters berechnen.
Theoretisch würden in einem Universum, in dem die Dichte der Materie hoch ist, Galaxienhaufen mit der Zeit weiter wachsen und sollten daher im Durchschnitt jetzt mehr Masse enthalten als in der Vergangenheit.
Die meisten Astronomen glauben, dass wir in einem Universum mit geringer Dichte leben, in dem eine mysteriöse Substanz, die als „dunkle Energie“ bekannt ist, 70% des Inhalts des Kosmos ausmacht und daher alles durchdringt. In diesem Szenario sollten Galaxienhaufen früh in der Geschichte des Universums aufhören zu wachsen und von denen von heute praktisch nicht mehr zu unterscheiden sein.
In einem Artikel, der in Kürze von der europäischen Zeitschrift Astronomy and Astrophysics veröffentlicht wird, präsentieren Astronomen des XMM-Newton Omega-Projekts Ergebnisse, die zeigen, dass Galaxienhaufen im fernen Universum nicht wie heute sind. Sie scheinen mehr Röntgenstrahlen abzugeben als heute. So haben Galaxienhaufen mit der Zeit ihr Aussehen verändert.
In einem Begleitpapier verwenden Alain Blanchard vom Laboratoire d'Astrophysique de l'Observatoire Midi-Pyr? Nes und sein Team die Ergebnisse, um zu berechnen, wie sich die Häufigkeit von Galaxienhaufen mit der Zeit ändert. Blanchard sagt: "In der Vergangenheit gab es weniger Galaxienhaufen."
Ein solches Ergebnis weist darauf hin, dass das Universum eine Umgebung mit hoher Dichte sein muss, was eindeutig im Widerspruch zum „Konkordanzmodell“ steht, das ein Universum mit bis zu 70% Dunkler Energie und einer sehr geringen Materiedichte postuliert. Blanchard weiß, dass diese Schlussfolgerung sehr kontrovers sein wird und sagt: "Um diese Ergebnisse zu erklären, muss man viel Materie im Universum haben und das lässt wenig Raum für dunkle Energie."
Um die neuen XMM-Newton-Beobachtungen mit den Konkordanzmodellen in Einklang zu bringen, müssten Astronomen eine grundlegende Wissenslücke über das Verhalten der Cluster und möglicherweise der darin enthaltenen Galaxien zugeben. Zum Beispiel müssten Galaxien in den fernen Clustern mehr Energie in ihr umgebendes Gas injizieren, als derzeit verstanden wird. Dieser Prozess sollte sich dann allmählich verjüngen, wenn der Cluster und die darin enthaltenen Galaxien älter werden.
Unabhängig davon, wie die Ergebnisse interpretiert werden, hat XMM-Newton den Astronomen einen neuen Einblick in das Universum und ein neues Rätsel gegeben, über das sie nachdenken können. Die Möglichkeit, dass die XMM-Newton-Ergebnisse einfach falsch sind, wird derzeit durch andere Röntgenbeobachtungen bestätigt. Sollten diese dieselbe Antwort zurückgeben, müssen wir möglicherweise unser Verständnis des Universums überdenken.
Der Inhalt des Universums
Es wird allgemein angenommen, dass der Inhalt des Universums aus drei Arten von Substanzen besteht: normale Materie, dunkle Materie und dunkle Energie. Normale Materie besteht aus den Atomen, aus denen Sterne, Planeten, Menschen und jedes andere sichtbare Objekt im Universum bestehen. So demütig es auch klingt, normale Materie macht mit ziemlicher Sicherheit einen kleinen Teil des Universums aus, irgendwo zwischen 1% und 10%.
Je mehr Astronomen das Universum beobachteten, desto mehr Materie mussten sie finden, um alles zu erklären. Diese Materie könnte jedoch nicht aus normalen Atomen bestehen, da sonst mehr Sterne und Galaxien zu sehen wären. Stattdessen haben sie den Begriff dunkle Materie für diese besondere Substanz geprägt, gerade weil sie unserer Entdeckung entgeht. Gleichzeitig begannen Physiker, die versuchten, das Verständnis der Naturkräfte zu fördern, zu glauben, dass neue und exotische Materieteilchen im Universum reichlich vorhanden sein müssen. Diese würden kaum jemals mit normaler Materie interagieren und viele glauben jetzt, dass diese Teilchen die dunkle Materie sind. Gegenwärtig waren keine Experimente erfolgreich, obwohl viele Experimente zum Nachweis von Partikeln der dunklen Materie im Gange sind. Dennoch glauben Astronomen immer noch, dass zwischen 30% und 99% des Universums aus dunkler Materie bestehen könnten.
Dunkle Energie ist die neueste Ergänzung zum Inhalt des Universums. Ursprünglich führte Albert Einstein die Idee einer alles durchdringenden „kosmischen Energie“ ein, bevor er wusste, dass sich das Universum ausdehnt. Das expandierende Universum brauchte keine „kosmologische Konstante“, wie Einstein seine Energie genannt hatte. In den 1990er Jahren deuteten Beobachtungen explodierender Sterne im fernen Universum jedoch darauf hin, dass sich das Universum nicht nur ausdehnte, sondern auch beschleunigte. Die einzige Möglichkeit, dies zu erklären, bestand darin, Einsteins kosmische Energie in einer leicht veränderten Form, der sogenannten Dunklen Energie, wieder einzuführen. Niemand weiß, was die dunkle Energie sein könnte.
Im derzeit beliebten „Konkordanzmodell“ des Universums wird angenommen, dass 70% des Kosmos dunkle Energie, 25% dunkle Materie und 5% normale Materie sind.
Originalquelle: ESA-Pressemitteilung
