Die Dunkle Energie ist jene rätselhafte Kraft, die dafür sorgt, dass unser Universum beschleunigt expandiert. Supernovae vom Typ Ia lieferten Ende der 1990er Jahre erstmals Hinweise auf diese beschleunigte Ausdehnung. Damals standen den Forscherinnen und Forschern Daten von 52 weit entfernten Supernovae zur Verfügung, um das kosmologische Weltbild ins Wanken zu bringen. Nun legt ein Team der Himmelsdurchmusterung Dark Energy Survey ihre Auswertung von über 1500 Supernovae vom Typ Ia vor, anhand der es die Ausdehnung des Universums genauer nachvollziehen und das Standardmodell der Kosmologie überprüfen kann. Die Studie soll in der Fachzeitschrift »The Astrophysical Journal« erscheinen.

Im Rahmen der Himmelsdurchmusterung Dark Energy Survey, kurz DES, wurde am Cerro Tololo Inter-American Observatoy im nördlichen Chile über einen Zeitraum von sechs Jahren fast ein Achtel des gesamten Himmels vermessen. Obwohl die Beobachtungsphase bereits seit dem Jahr 2019 beendet ist, sind Forschende immer noch mit der Auswertung des riesigen Datensatzes beschäftigt: In mehreren Millionen Galaxien und Tausenden von Supernovae machten sie unter anderem mit Hilfe von Methoden des maschinellen Lernens rund 1500 Supernovae vom Typ Ia ausfindig.

Supernovae vom Typ Ia eignen sich, um die Expansionsgeschichte des Universums nachzuvollziehen, da ihre absolute Helligkeit bekannt ist. Dadurch lässt sich auf die Entfernungen der extrem hellen Supernova-Explosionen schließen. Die kosmologische Rotverschiebung solcher Supernovae hingegen verrät, wie schnell sich das Objekt auf Grund der Expansion des Universums von uns wegbewegt. Indem sie Supernovae vom Typ Ia bei unterschiedlichen Entfernungen und Rotverschiebungen vermessen, können Forschende auf die Expansionsgeschichte des Universums schließen und so beispielsweise herausfinden, ob die Energiedichte der Dunkle Energie konstant ist oder sich im Lauf der Zeit ändert.

Es ist zwar völlig unklar, was die Dunkle Energie ist oder wie sie beschaffen ist, aber im derzeitigen Standardmodell der Kosmologie ist ihre Dichte konstant. In diesem Fall ist die Dunkle Energie durch eine kosmologische Konstante zu beschreiben, die Albert Einstein im Jahr 1917 in der Kosmologie einführte. Die Dunkle Energie sorgt dafür, dass sich das Universum seit einigen Milliarden Jahren beschleunigt ausdehnt.

Kosmische Beschleunigung bestätigt

Die Analyse der DES-Kollaboration bestätigt dieses Standardmodell der Kosmologie: Rund 1500 Supernovae vom Typ Ia mit Rotverschiebungen zwischen 0,1 und 1,13 lassen keinen anderen Schluss zu, als dass sich das Universum derzeit beschleunigt ausdehnt. Die Analyse der Supernovae vom Typ Ia ergibt kosmologische Parameter wie etwa die Materiedichte im Universum, die ebenfalls gut zum Standardmodell der Kosmologie passen. Die Ergebnisse stimmen innerhalb der Messunsicherheiten auch mit den kosmologischen Parametern überein, die beispielsweise die Analyse des kosmischen Mikrowellenhintergrunds der Planck-Kollaboration ergeben hat.

Die Wissenschaftler des Dark Energy Survey haben ebenfalls untersucht, ob anhand ihrer Daten alternative kosmologische Modelle möglich wären: zum Beispiel ein Modell, in dem die Dichte der Dunklen Energie nicht konstant ist, sondern sich mit der Zeit verändert. Tatsächlich passte ein Modell mit einem w-Parameter von w =  –0,9 sogar etwas besser zu den DES-Daten als das Standardmodell der Kosmologie, in dem exakt w =  –1 gilt. Somit können die Forschenden mit Hilfe dieses Datensatzes zwar keine alternativen, komplexeren Modelle des Universums ausschließen, das Standardmodell der Kosmologie über den Haufen werfen wird dieses Ergebnis aber kaum. Das mag auch daran liegen, dass in dem Modell der zeitlich veränderlichen Dichte der Dunklen Energie das Universum über eine Milliarde Jahre jünger wäre als bislang angenommen und es somit beobachtete Kugelsternhaufen gäbe, die älter als das Universum selbst wären.