Dunkle Materie

Dunkle Materie ist optisch nicht sichtbar. Sie macht sich ausschließlich durch ihre gravitative Wechselwirkung mit sichtbarer Materie bemerkbar.

Der von Albert Einstein in der Allgemeinen Relativitätstheorie beschriebene Gravitations- linseneffekt, 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 viel weiter ins Universum zu schauen als bisher. Lichtschwache Objekte, die aufgrund ihrer Entfernung bereits unsichtbar waren, werden durch die „optischen Lupe“ des Gravitationslinseneffekts vergrößert und somit wieder sichtbar. Letztendlich konnte dadurch das Alter des Universums mit großer Genauigkeit auf 13,5 Milliarden Jahre festgelegt werden.

Dunkle Materie spielt eine wichtige Rolle bei der Strukturbildung im Universum und bei der Galaxienbildung.

Dunkle Energie und das inflationäre Universum

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

Hinter der treibenden Kraft, die zur Beschleunigung der kosmischen Expansion führt, wird die Dunkle Energie vermutet. Während die für uns sichtbare Materie nur etwa 4% des gesamten Universums ausmacht, rechnen Wissenschaftler mit rund 22% Dunkler Materie. Bis zu 74% 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 den Faktor 10120 abweichen.