Hatten Astronomen diese Vermutung auch schon?

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2 Antworten

Hallo MirdochWurst,

die Vorstellungen die du in deiner Fragestellung äußerst gibt es in der Kosmologie in Teilansätzen wirklich so. Über die allgemeine Beschaffenheit von Dunkler Materie und Dunkler Energie treffen wir heute nur mit viel Mühe eine Aussage.

Gegenstand der aktuellen Forschung ist daher zunächst einmal die Untersuchung des zeitlichen Verhaltens beider Größen, unter der Annahme sich ständig wandelnder Parameterwerte. Beispielsweise wird noch immer heiß daran geforscht, wie der Dichteparameter (Omega) mit beiden Komponenten wechselwirkt bzw. inwiefern die betroffenen Komponenten Einfluss auf den Dichteparameter und damit auf maßgebliche Eigenschaften des Universums haben. Vieles steht dabei noch in den Sternen ;)

Durch die Beobachtung sehr weit entfernter Galaxien, die aufgrund ihrer hohen Leuchtkräfte stellar am Himmel erscheinen, kann man Rückschlüsse auf das Expansionsverhalten des Kosmos vor mehreren Milliarden Jahren ziehen. Über Effekte der sogenannten Rotverschiebung stellt man dabei fest, dass das Universum seit 13,75 Milliarden unentwegt expandiert. Allerdings keineswegs in Form einer gleichmäßigen Bewegung, sondern mit zeitlich stark variierenden Expansionsraten. 

Heute ist nahezu gesichert, dass dies mit den beiden Größen Dunkle Materie / Dunkle Energie zu tun hat. Für die kosmische Strukturentwicklung waren beide Komponenten überaus wichtig. Die Dunkle Materie wirkt gravitativ anziehend und in Form einer schweren und trotzdem unsichtbaren Masse. Um was für Teilchen es sich handelt, ist unbekannt. Das Neutralino ist ein aussichtsreicher Kandidat.

Die Dunkle Energie ist für die seit 6 Milliarden Jahren beschleunigte Expansion des Kosmos verantwortlich. Sie hat also, wie du schon sagtest, gegen das Bestreben der Dunklen Materie anzukämpfen, die versucht alles zusammenzuhalten. Wie kann man sich aber jetzt folgenden Expansionsverlauf erklären?

Nach dem Urknall expandiert das Universum etwa 7 Milliarden Jahre lang gebremst. Es vergrößert sich dabei zwar, allerdings ist zunächst abzusehen, dass es irgendwann wieder in sich zusammenfällt, falls die Bewegungsenergie der beteiligten Materie, sich schließlich vollständig in potenzielle Energie umgewandelt hätte. Das entspräche übrigens einem geschlossenen Universum mit einem Dichteparameter Omega > 1.

Seit etwa 6 Milliarden Jahren beschleunigt die Expansion des Universums aber wieder. Der Kosmos hat sozusagen den Fuß von der Bremse genommen und ins Gaspedal getreten. Wie kann das sein?

Erklärbar ist dies unter folgenden Annahmen:

- Dunkle Materie und Dunkle Energie machen den größten Teil des kosmischen Energiehaushaltes aus

- Die Wirkung mindestens einer der beiden Komponenten ist von der Größe des betroffenen Raumgebietes abhängig (durch die Expansion wird der Raum nämlich größer)

- Die Dunkle Energie ist eine Form der Vakuumenergie

Der letzte Punkt hat es offenbar in sich. Stellt man sich sinnbildlich einen durchsichtigen Luftballon vor, in den wir Dunkle Materie einfüllen, dann wird sich die Dunkle Materie unabhängig davon, dass wir den Luftballon durch das Aufblasen expandieren lassen, in Strukturen anordnen können. Die Menge der Dunklen Materie bleibt konstant, die Wirkung die von ihr ausgeht, verändert sich bei einer Expansion geringfügig.

Gehen wir jetzt davon aus, dass die Dunkle Energie schlichtweg Vakuumenergie darstellt. Das halten die meisten Kosmologen für wahrscheinlich. Da das Vakuum eine universelle Eigenschaft leeren Raums ist, ist das Vakuum bereits im Ballon enthalten. Wir pusten ihn wieder auf. Schließlich vergrößert sich auch hier erneut der Raum im Ballon und damit gleichzeitig auch der Spielraum für Quantenfluktuationen die zur Energiedichte des Vakuums beitragen.

Kurz und knapp: Durch die zeitliche Expansion und die folgliche Vergrößerung des Raumes, wächst im Kosmos der Wert der Vakuumenergie zeitlich immer weiter an. Da die Vakuumenergie ein negatives Vorzeichen hat und folglich abstoßend wirkt, vergrößert sich die Dunkle Energie mit zunehmendem Expansionsverlauf. Die Dunkle Materie hingegen, bleibt in ihrer Menge konstant. Durch das zeitliche Anwachsen potenzieller Phasenräume für die Dunkle Energie und dem gleichzeitigen konstanten Wert der Dunklen Materie im Kosmos, ergibt sich das vetraute Bild, dass das Universum tatsächlich eine kritische Größe erreicht hatte, bei der die Vakuumenergie den Parameter der Dunklen Materie an Stärke übertraf.

Lg Nikolai

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Kommentar von Astroknoedel
29.01.2016, 22:33

Hallo pflanzengott,

"Das Neutralino ist ein aussichtsreicher Kandidat."

Also ich muss mal meine Meinung sagen:

Ich halte nicht viel von Supersymmetrie. Sie ist meiner Meinung nach nur mathematische Spekulation.

Auch wurde bei einem Experiment zum theoretischen Dipolmoment des Elektrons herausgefunden, dass der Massen-und Ladungsschwerpunkt eines Elektrons nicht sehr weit auseinender liegen können, was eine Vorhersage der Supersymmetrie gewesen wäre.

Neutralinos existieren daher auch nur im MSSM. Zwar kämen sie als WIMPS in Frage, aber meiner Meinung nach ist das wie gesagt nicht besonders haltbar.

Was hältst du davon ?

LG

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Ich bin jetzt kein Astronom, aber "Gegenspieler" der Dunklen Energie ist ja im Prinzip die Gravitationskraft. Diese stammt natürlich auch von Dunkler Materie (immerhin ist das ja überhaupt der Grund, warum wir diese kennen), aber eben nicht nur. Dennoch sind deine Überlegungen nicht verkehrt.

Gravitation breitet sich nach jetzigem Kenntnisstand mit Lichtgeschwindigkeit aus und wirkt unendlich weit, allerdings mit abnehmender Intensität, je weiter sie vom Objekt entfernt ist, welches mit seiner Masse diese Gravitation erzeugt.

Unklar ist mir allerdings: Die gesamte Masse des Universums war direkt nach dem Urknall verhältnismäßig extrem komprimiert, dennoch dehnte sich schon hier das Universum aus (also quasi schon immer). Das heißt die Gesamtheit aller Masse und die daraus resultierende Gravitation reicht nicht aus um die Expansion zu verhindern.

Da wir aber aufgrund der immer rapider zunehmenden Rotverschiebung klar erkennen können, dass die Expansion immer schneller vonstatten geht, ist es möglich, was du (und aus deiner Sicht leider auch schon viele Wissenschaftler) vermutest. Die Intensität der Gravitation lässt nach und begünstigt somit Expansion und bedeutet also, dass die Kraft der Dunklen Energie an sich nicht stärker wird, sondern "nur" ihre Stärke zunehmend voll zum Tragen kommt.

Das könnte tatsächlich bedeuten, dass selbst schwarze Löcher - selbst wenn sie sich nicht von eigenständig zerstrahlen würden - früher oder später zerrissen werden. Das würde natürlich bedeutend länger dauern, als das Galaxien voneinander entfernt werden und auch Systeme innerhalb der Galaxien sich entfernen, aber es würde früher oder später dennoch passieren.

Schwer vorzustellen, wohin das Ganze führen wird und die Menschheit wird das sicher nicht erleben, aber das macht den Urknall an sich noch interessanter und steigert die Chancen ziemlich, dass das kein wiederkehrender Zyklus ist, sondern tatsächlich eine einmalige Sache.

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