Physik-Nobelpreis für Entdeckung der Dunklen Energie

Der Physik-Nobelpreis 2011 geht an die drei amerikanischen Astrophysiker Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt und Adam G. Riess für ihre Entdeckung, dass die Expansion des Weltalls sich beschleunigt. Als Erklärung dieses überraschenden Phänomens wurde später der Begriff der "Dunklen Energie" eingeführt, eine hypothetische Energieform des Vakuums, die die Beschleunigung antreibt. Genaue Messungen haben inzwischen gezeigt, dass die Dunkle Energie 72 Prozent des Masse-Energie-Inhalts des Universums ausmacht.

In den 1920er Jahren entdeckten Edwin Hubble und andere Astronomen, dass das Universum nicht unveränderlich ist, sondern sich permanent ausdehnt - alle Galaxien scheinen voneinander weg zu fliegen. Aus dieser kosmischen Expansion lässt sich zurückrechnen, dass der Kosmos seine Existenz vor 13,7 Milliarden Jahren in einem extrem heißen und dichten Zustand, dem so genannten Urknall, begonnen hat. Nahezu sieben Jahrzehnte lang galt als eherner Grundsatz der Kosmologie, dass die Expansion des Weltalls durch die Schwerkraft der Materie langsam abgebremst wird.

Diese Verlangsamung der Expansion wollten in den 1990er Jahren unabhängig voneinander zwei Forscherteams, das "Supernova Cosmology Project" unter der Leitung von Perlmutter, sowie das "High-z Supernova Search Team" von Schmidt und Riess, nachweisen. Dazu nutzten die Astrophysiker ferne Sternexplosionen, so genannte Supernovae vom Typ 1a. Bei diesen explodierenden Sternen gibt es einen starken Zusammenhang zwischen der maximalen Helligkeit und dem zeitlichen Verlauf der Lichtkurve. Deshalb können die Wissenschaftler Supernovae des Typs 1a als so genannte Standardkerzen zur Entfernungsmessung verwenden: Aus der Lichtkurve - also aus der Geschwindigkeit, mit der die Helligkeit nach der Explosion abnimmt - und aus der beobachteten Helligkeit können die Astrophysiker auf die wahre Helligkeit und damit auf die Entfernung der Supernova schließen.

Aus dem Spektrum der Sternexplosion können die Forscher außerdem die Geschwindigkeit ablesen, mit der sich das Himmelsobjekt von uns entfernt - mit der sich also das Weltall über die beobachtete Entfernung hinweg ausdehnt. Da ein Blick in große Entfernungen zugleich ein Blick in die Vergangenheit des Kosmos ist, lässt sich auf diese Weise die Entwicklung der kosmischen Expansion rekonstruieren. Zu ihrer Überraschung stießen Perlmutter, Schmidt und Riess nicht auf die erwartete Verlangsamung der Expansion im Verlauf der kosmischen Entwicklung, sondern im Gegenteil auf eine  Beschleunigung.

Bislang gibt es für diese Beschleunigung keine physikalische Erklärung. Die einfachste Lösung wäre, die Dunkle Energie mit der Energie des Vakuums zu identifizieren. Bisher gibt es aber keine überzeugende quantitative Herleitung, die einen Wert für diese Vakuumenergie liefert, der auch nur größenordnungsmäßig mit der gemessenen Dunklen Energie übereinstimmt. Alternative Ansätze reichen von hypothetischen Quantenfeldern ("Quintessenz") bis zur Behauptung, die Beschleunigung sei nur eine durch Strukturen, die größer als der beobachtbare Kosmos sind, hervorgerufene Illusion.

Quelle: www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2011/press.html