Dunkle Materie

Dunkle Materie ist maßgeblich an der Strukturbildung im Universum und an der Galaxienbildung beteiligt. Sie ist optisch nicht sichtbar und macht sich ausschließlich durch ihre gravitative Wechselwirkung mit sichtbarer Materie bemerkbar.

Der von Albert Einstein in der Allgemeinen Relativitätstheorie beschriebene Gravitationslinseneffekt, sowie die Galaxienrotation und die Dynamik von Galaxienhaufen sind eine sichtbare Auswirkung der Wechselwirkung mit Dunkler Materie. Sie sind durch die sichtbare Materie allein nicht erklärbar.

Der Gravitationslinseneffekt ist die Bezeichnung für die Ablenkung von Licht durch schwere Massen. Im Gravitationsfeld schwerer Massen, z.B. eines Sterns oder einer gesamten Galaxie, wird der Weg des Lichts durch die gravitative Raumkrümmung abgelenkt. Der Effekt ist ähnlich der Verzerrung durch eine optische Linse.

Spektakulär sind die Erscheinungen verzerrter Mehrfachbilder ein und des selben Objekts. Auch Einsteinringe konnten beobachtet werden. Diese entstehen, wenn ein astonomisches Objekt präzise hinter einer Linse steht, dann erscheinen die Bilder als vollständiger Lichtring.

Durch den Gravitationslinseneffekt ist es möglich deutlich weiter ins Universum zu schauen. Lichtschwache Objekte, die aufgrund ihrer Entfernung bereits unsichtbar waren, werden durch die optische Lupe des Gravitationslinseneffekts vergrößert und somit wieder sichtbar. Letztendlich konnte dadurch das Alter des Universums auf 13,8 Milliarden Jahre festgelegt werden.

Dunkle Energie und das inflationäre Universum

Beobachtungen zeigen, dass sich das Universum mit zunehmender Geschwindigkeit ausdehnt. Dieser Zustand explosiver Ausdehnung wird als Inflation und unser Universum dementsprechend als inflationäres Universum bezeichnet.

Hinter der treibenden Kraft, die zur Beschleunigung der kosmischen Expansion führt, wird die Dunkle Energie vermutet. Während die für uns sichtbare Materie nur 4,9% des gesamten Universums ausmacht, rechnen Wissenschaftler mit 26,8 Dunkler Materie. Bis zu 68,3% der Energiedichte des Universums wird der Dunklen Energie zugeschrieben. Demnach ist die Dunkle Energie die vorherrschende Kraft im Universum.

Ein Zusammenhang zwischen der Dunklen Energie und der Vakuumenergie wird vermutet. Die Stärke der Vakuumenergie stellt in diesem Kontext jedoch eines der größten Probleme der modernen Physik dar, da die experimentell gefundenen und theoretisch vorhergesagten Werte für die Vakuumenergie als Dunkle Energie etwa um zehntausendfache abweichen.