Dunkle Materie und Dunkle Energie

Das Wichtigste in Kürze

Die derzeit besten Modelle zur Beschreibung der Entwicklung unseres Universums postulieren eine Energieverteilung, in der nur etwa 5 % unsere sichtbare Materie (Gaswolken, Sterne, Planeten, schwarze Löcher, etc.) ausmachen. Mit ca. 70 % ist die dunkle Energie der dominanteste Faktor im Universum, gefolgt von der dunklen Materie mit knapp 25 %.

Dunkle Materie

Physik; Kosmologie; 1. Gymi; Dunkle Materie und Dunkle Energie

Der obige Graph illustriert eine klare Diskrepanz der Vorhersage und Messung der Rotationsgeschwindigkeiten von Sternen am Rande einer Spiralgalaxie. Diese lässt schlussfolgern, dass am Rande der Galaxie die Masseverteilung viel höher sein muss, als sich über sichtbare Materie messen lässt. Um dieses Problem zu lösen, wird die dunkle Materie postuliert. Sie interagiert nur über die Gravitation mit unserer "normalen" Materie, und ist somit nicht direkt nachweisbar.

Simulationen zeigen, dass ein Universum, mit der genau richtigen Menge an dunkler Materie, ziemlich exakt unser heutiges Universum vorhersagen kann. Mittlerweile gibt es zahlreiche andere Messungen, die das Vorhandensein von dunkler Materie benötigen, um erklärt zu werden. So zum Beispiel Beobachtungen des Gravitationslinseneffekts von Galaxienclustern, die ohne dunkle Materie zu wenig Masse besässen, um ausreichend starke Linsen zu erzeugen.

Dunkle Energie

Ähnlich wie mit der dunklen Materie funktioniert auch die Argumentation zur Existenz der dunklen Energie. Um die beschleunigte Expansion des Universums, die derzeitig gemessene statistische Verteilung von Galaxien und der Fluktuation der Intensität der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung zu erklären, braucht es (in den einfachsten Theorien) eine riesige Menge an dunkler Energie. Diese dehnt den Raum, in dem wir uns befinden, aus. Sie wirkt wie ein Kontrahent zur Gravitation und bewirkt, dass sich gravitationell ungebundene Systeme (z. B. verschiedene Galaxiencluster) voneinander fortbewegen anstatt sich anziehen. Diese Art negativer gravitationeller Druck ist im Betrag auf gleiche Distanzen viel kleiner, als die anderen vier fundamentalen Wechselwirkungen (starke, schwache, elektromagnetische und graviationelle Wechselwirkung). Der Expansionseffekt der dunklen Energie lässt sich also nur über extrem grosse Entfernungen (weit entfernte Galaxien oder Supernovae Typ 1a) beobachten.