So genau war der Blick ins ferne Universum noch nie: Astronomen haben erstmals die Entfernungen von 1,2 Millionen Galaxien bis auf einen Prozent genau vermessen. Dies eröffnet nicht nur einen Einblick in den frühen Kosmos und dessen Ausdehnung. Die neuen Daten liefern auch Hinweise auf das Phänomen, das vermutlich dafür sorgt, dass sich unser Universum immer schneller ausdehnt – die Dunkle Energie.
„Entfernungen zu bestimmen ist eine der grundlegenden Herausforderungen der Astronomie“, erklärt Daniel Eisenstein, Leiter des Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), eines Projekts zur Himmelsdurchmusterung, zu der auch die aktuelle Vermessung gehört. Denn wenn man die genauen Entfernungen weit entfernter Galaxien kennt, dann lässt sich daraus und aus der Rotverschiebung ihres Lichts ermitteln, wie schnell sich das Universum ausdehnt – und auch, wie und warum sich diese Expansion beschleunigt hat.
Dunkle Energie als Triebkraft
Viele Forscher vermuten, dass die geheimnisvolle „Dunkle Energie“ für die beschleunigte Expansion eine Schlüsselrolle spielt. Sie gilt als Triebkraft hinter diesem Prozess, lässt sich aber nicht direkt nachweisen. Astronomen versuchen daher, durch möglichst genaue Vermessungen von Entfernungen und Rotverschiebung mehr über den Verlauf der Expansion herauszufinden und so die möglichen Eigenschaften dieser theoretisch postulierten Dunklen Energie einzuengen.
„Wir verstehen bisher nicht, was die Dunkle Energie ist“, erklärt Eisenstein. „Aber wir können ihre Eigenschaften messen und diese dann mit dem vergleichen, was wir anhand unserer kosmologischen Modelle erwarten.“ Für das Projekt SDSS-III Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) nutzten die Forscher eine ganz spezielle Messlatte: sogenannte baryonische akustische Oszillationen. Dabei handelt es sich um subtile Schwankungen in der Verteilung der Galaxien. Sie entstanden durch Dichtewellen im frühen Kosmos, durch die anfangs Licht gemeinsam mit Protonen und Neutronen der Materie bewegt wurden.
Kosmische Oszillation als Messlatte
Nach einer immer gleichen Entfernung – rund einer halbe Milliarde Lichtjahre – brach diese Kopplung von Licht und Materie jeweils zusammen. Das Muster dieser frühen Oszillationen lässt sich heute sowohl an der Strahlung des kosmischen Mikrowellen-Hintergrunds ablesen als auch an subtilen Schwankungen in der Verteilung der Galaxien. Bei Letzterem kann es zudem dabei helfen, die Entfernung dieser Sternansammlung zu ermitteln – es dient als kosmische Messlatte.
Mit Hilfe dieser kosmischen Messlatte haben die Astronomen nun die Position von 1,2 Millionen nahen und fernen Galaxien vermessen. Dabei nutzten die Forscher ein spezielles Instrument, das tausend Galaxien auf einmal erfassen kann. Obwohl das Projekt noch ein Jahr laufen wird, haben die Forscher damit bereits jetzt den bisher größten Ausschnitt des Universums mit einer Genauigkeit von rund einem Prozent vermessen. „Es gibt nicht viele Dinge in unserem täglichen Leben, die wir mit einer einprozentigen Genauigkeit kennen“, erklärt BOSS-Projektleiter David Schlegel vom Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) in Kalifornien. „Ich kenne nun die Größe des Universums auf jeden Fall besser als die Größe meines Hauses.“
Dunkle Energie als Konstante
„Unsere Ergebnisse liefern die besten Werte für die Beziehung von Entfernung und Rotverschiebung, die je mit Hilfe der baryonischen akustischen Oszillationen ermittelt wurden“, konstatieren die BOSS-Forscher. Zugleich aber ermöglichen sie die bisher genaueste Entfernungsbestimmung in den Bereichen des Universums, die widerspiegeln, wie die Expansion des Kosmos begann, sich zu beschleunigen.
Und genau diese Daten helfen auch dabei, mehr über die Dunkle Energie zu erfahren. Denn sie sprechen dafür, dass diese Dunkle Energie in der gesamten Geschichte des Universums konstant geblieben ist – und damit der kosmologischen Konstante entsprechen könnte. Diese Konstante ist einer der sechs Parameter in der Modellgleichung, die die Form und großeräumige Struktur unseres Kosmos beschreibt. Die Forscher vergleichen sie mit einer Glasplatte, die von sechs Schrauben gehalten wird. „BOSS hat nun eine dieser Schrauben um eine weitere halbe Drehung festgezogen“, so Schlegel. (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2014; arXiv:1312.4877)
(SDSS III, 16.01.2014 – NPO)
