Die Ursache für die dunkle Energie ist weiter unklar

Supernovae Typ IA werden als sogenannte „Standardkerzen“ zur Entfernungsbestimmung im Kosmos verwendet. Ihre absolute Helligkeit ist immer gleich. Aus der gemessenen scheinbaren Helligkeit läßt sich also ihre Entfernung bestimmen. In den letzten Jahren wurde mehrfach beobachtet, daß der so gewonnene Wert für die Entfernung nicht mit dem Wert übereinstimmt, der aufgrund der Rotverschiebung zu erwarten wäre (Sahni 2004). Dies wird im Standardmodell so interpretiert, daß sich die Expansion des Universums zur Zeit beschleunigt. Unter anderem um diese Beschleunigung zu erklären wurde die Existenz der „dunklen Energie“ postuliert. Diese soll 73% der Energie im Universum ausmachen. Als mögliche Ursache für die Beschleunigung wird u.a. ein von Null verschiedener Wert der kosmologischen Konstanten in den Einsteinschen Feldgleichungen vermutet. Eine der diskutierten Alternativen ist ein dynamisches Quantenkraftfeld mit dem Namen „Quintessenz“.

Das Verhältnis von Energie zum Druck, der durch die Energie verursacht wird, wird mit w bezeichnet und ist negativ. Sollte die dunkle Energie durch die kosmologische Konstante in den Einsteinschen Feldgleichungen beschrieben werden, dann wäre w = –1. In diesem Fall wäre jedoch während der Geschichte des Universums eine „Feinabstimmung“ verschiedener kosmologischer Parameter nötig gewesen (Narlikar et al. 2002, Sahni 2004). Andernfalls wäre das Universum bald nach dem Urknall wieder kollabiert oder es hätte sich zu schnell ausgedehnt. Die Bildung von Galaxien und die Existenz von Leben wäre in beiden Fällen nicht möglich. Eine solche Abstimmung der Parameter wird jedoch von der Mehrheit der Kosmologen abgelehnt. Dies dürfte zumindest einer der Gründe sein, warum eine Vielzahl von weiteren Modellen für die dunkle Energie vorgeschlagen wurde (eine Auswahl findet sich in Sahni [2004]). Aus diesen folgen verschiedene Werte von w.

Die dunkle Energie spielt auch in den Modellen zur Galaxienbildung eine Rolle und hat in den verschiedenen Modellen Auswirkungen auf die Massenverteilung im Universum.

Zur Zeit wird mit dem „Wilkinson Microwave Anisotropy Probe“ (WMAP) der NASA der Mikrowellenhintergrund in bisher nicht erreichter Genauigkeit ausgemessen. Die geringfügigen Abweichungen von einer gleichförmigen, isotropen Verteilung bilden in Kombination mit neueren Aufnahmen von Supernovae Typ IA und Messungen der Massenverteilung im Universum die Möglichkeit, verschiedene Modelle für die dunkle Energie zu überprüfen. Kuntz et al. (2004) und Corasanti et al. (2004) konnten auf diese Weise einige Modelle für die dunkle Energie ausschließen. Sie kommen jedoch zum Schluß, daß die im Moment vorliegende Datenmenge noch nicht ausreicht, um entscheiden zu können, ob w den Wert –1 besitzt oder nicht. Der Wert –1 ist aber nach derzeitigem Stand mit den Meßwerten verträglich.

Selbst wenn weitere Messungen auf einen bestimmten Wert von w hinweisen sollten, dann wäre die physikalische Ursache für das Auftreten der dunklen Energie weiterhin unklar. Dies liegt daran, daß verschiedene physikalische Ursachen den selben Wert für w ergeben können.

Es wird auch noch über Alternativen diskutiert, wie die vorliegenden Daten im Standardmodell ohne die dunkle Energie erklärt werden könnten. Eine Möglichkeit wäre eine Modifikation des Gravitationsgesetzes.

Man sollte keine voreiligen Schlüsse ziehen, da die unerwarteten scheinbaren Helligkeiten der Supernovae Typ IA erst seit wenigen Jahren bekannt sind. Es kann jedoch festgestellt werden, daß die dunkle Energie zumindest im Moment ein großes Problem für das Standardmodell darstellt. Die dunkle Energie wurde von Krauss (2004) in Nature sogar als das „größte Rätsel der Physik“ bezeichnet. Es ist seiner Ansicht nach fraglich, ob in Zukunft überhaupt eine befriedigende Erklärung gefunden werden kann.

JS

[Corasanti PS, Kunz M, Parkinson D, Copeland EJ & Bassett BA (2004) Foundations of observing dark energy with the Wilkinson Mikrowave Anisotropy Probe Phys. Rev. D 70, 083006; Krauss LM (2004) What is dark energy? Nature 431, 519; Kunz LM, Corasaniti PS, Parkinson D & Copeland EJ (2004) Model-independent dark energy test with using results from the Wilkinson Mikrowave Anisotropy Probe Phys. Rev. D 70, 041301; Narkilar JV, Vishwakarma JG & Burbidge G (2002) Interpretations of the accelerating universe. astro-ph 0205064; Sahni V (2004) Dark matter and dark energy. astro-ph0403324]