Die "dunkle" Seite des Universums: Was wissen wir über die mysteriöse und unbekannte dunkle Energie?
Vom Universum können wir nicht mehr als 4 % sehen. Die restlichen 96 % bleiben für uns unzugänglich und geheimnisvoll. Wir wissen nur, dass es sowohl Materie als auch "dunkle" Energie gibt.
Es ist merkwürdig, dass die Natur dem Menschen nur einen sehr kleinen Teil des Universums zugänglich gemacht hat. Um die Metapher eines (kosmischen) Kuchens zu verwenden, kann der Mensch von den insgesamt 25 Scheiben nur eine sehen, die restlichen 24 Scheiben sind ein Geheimnis!
Das elektromagnetische Spektrum
Das Licht, das uns sowohl von den nächstgelegenen Körpern im Sonnensystem als auch von den am weitesten entfernten Objekten im Universum erreicht, ist der wichtigste Informationsübermittler, der uns zur Verfügung steht.
Das Licht des Mondes beispielsweise verrät uns die Merkmale seiner Oberfläche mit Gebirgszügen und Einschlagskratern, das Licht des Jupiters verrät uns seine farbige Atmosphäre, das Licht aus den Tiefen des Universums verrät uns die Existenz von Galaxienhaufen und die Ausdehnung des Universums selbst.
Das Licht, das unsere Augen wahrnehmen können, ist jedoch nur ein sehr kleiner Teil des sogenannten elektromagnetischen Spektrums. Vereinfacht gesagt, gibt es Lichtwellen, die viel weniger oder viel energiereicher sind als die sichtbaren Wellen, die für das menschliche Auge absolut unsichtbar sind.
So gibt es beispielsweise Radiowellen und Infrarotwellen mit viel geringerer Energie als sichtbare Wellen, ebenso wie Röntgen- und Gammastrahlen mit viel höherer Energie. Zahlreiche astronomische Objekte und Phänomene senden zusätzlich zu den Lichtwellen auch Radiowellen oder Röntgenstrahlen aus.
Um die von diesen nicht sichtbaren Wellen übertragenen Informationen "lesen" zu können, wurden spezielle Detektoren gebaut, die Radio- oder Röntgenbilder dieser Objekte und astronomischen Phänomene liefern.
Die Sonne zum Beispiel sendet hauptsächlich sichtbares Licht, aber auch Radio- und Röntgenwellen aus. Diese für das Auge unsichtbaren Wellen werden mit Radioteleskopen oder Satelliten, die mit speziellen Detektoren für Röntgenstrahlung ausgestattet sind, nachgewiesen.
Der Anteil des Universums, der elektromagnetische Strahlung aussendet, beträgt jedoch nur 4 %!!! Die für das Auge sichtbaren und unsichtbaren Wellen erlauben es uns also nur, einen winzigen Teil des Universums zu erforschen.
Die "dunkle" Seite
Die Materie, wie wir sie kennen, d.h. die aus Atomen bestehende, ist nur ein Stück der 25 Scheiben des kosmischen Kuchens.
Wir wissen nur, dass die restlichen 96 % des Universums aus einer völlig unbekannten Art von Materie und Energie bestehen (daher das Adjektiv "dunkel"). Die Existenz dieser Materie und Energie, die wir nicht direkt beobachten können, wurde aus indirekten Beweisen abgeleitet.
Indirekte Beweise für dunkle Materie
Wir wissen, dass die Bewegung von Himmelskörpern mit ihrer Masse zusammenhängt. Dank der Keplerschen Gesetze und des Gesetzes der universellen Gravitation können wir von der Bewegung auf die Masse schließen oder durch die Kenntnis der Masse die Bewegung beschreiben.
Die Astronomen haben festgestellt, dass die Bewegung von Galaxien und Galaxienhaufen in großem Maßstab eine Masse erfordert, die weitaus größer ist als die beobachtete Masse, um mit den bekannten physikalischen Gesetzen vereinbar zu sein. Da diese Masse nicht sichtbar ist, wurde sie von dem Astronomen Fritz Zwicky im Jahr 1933 als "dunkel" bezeichnet.
Bei mehreren Gelegenheiten glaubte man, diese dunkle Materie in braunen Zwergen, molekularen Gaswolken, Neutrinos und schwarzen Löchern entdeckt zu haben. Dies sind bekannte Bestandteile des Universums, die jedoch aufgrund ihrer geringen (oder im Fall von schwarzen Löchern gar nicht vorhandenen) Leuchtkraft schwer zu entdecken sind.
All diese Komponenten zusammengenommen rechtfertigen jedoch nur ein paar hundertstel Prozent der dunklen Materie. Um auf die Metapher zurückzukommen: Das sind ein paar Krümel im Vergleich zu den fehlenden 24 Scheiben.
Indirekter Beweis für dunkle Energie
Wenn die dunkle Materie in irgendeiner Weise der Schwerkraft unterliegt und somit eine zusammenziehende Wirkung auf die Strukturen im Universum ausübt, hat die Tatsache, dass sich das Universum beschleunigt ausdehnt, zu der Annahme geführt, dass es eine Komponente gibt, deren Wirkung das Gegenteil ist, d. h. abstoßend, also eine Form von Energie.
Da sie sich keiner der bekannten Energieformen zuordnen lässt, wurde sie als dunkle Energie bezeichnet.
In Anbetracht der Tatsache, dass Masse und Energie zwei verschiedene Formen derselben Sache sind, wurde quantifiziert, dass die Summe aus dunkler Energie und Masse 96 % beträgt. Die Suche nach dunkler Materie und dunkler Energie ist eine der spannendsten Herausforderungen der modernen Physik und Astrophysik. Zahlreiche Projekte wie Plank und Euclid der ESA waren und sind dieser Untersuchung gewidmet.