Relativitätstheorie: Daten von knapp 6 Millionen Galaxien belegen Einsteins Thesen
Seit mehr als einem Jahrhundert gilt Albert Einsteins Relativitätstheorie als die genaueste Beschreibung der Gravitation. Wissenschaftler:innen haben sie genutzt, um zu erklären, wie sich das Universum im Laufe von Milliarden von Jahren entwickelt und wie die Schwerkraft winzige Materieklumpen zu den Galaxien geformt hat, wie wir sie heute kennen. Auf kleinen Skalen hat die Theorie bisher jeden Test bestanden – im großen Maßstab wurde sie aber nur selten auf die Probe gestellt.
Ein Blick in die Vergangenheit des Universums
Wie das Wissenschaftsmagazin Space berichtet, hat ein internationales Forscherungsteam genau einen solchen Test jetzt mithilfe des Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) durchgeführt. Das Hightech-Instrument, das aus 5.000 „robotischen Augen“ besteht und am 4-Meter-Teleskop des Kitt-Peak-Observatoriums montiert ist, hat fast sechs Millionen Galaxien und Quasare untersucht.
Pauline Zarrouk, Co-Leiterin der Studie und Kosmologin am französischen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CNRS) betont die Wichtigkeit dieser Forschung. Denn die Untersuchung der Geschwindigkeit, mit der sich Galaxien gebildet haben, ermögliche es, bestehende Theorien direkt zu testen.
Das Ergebnis: Der Test des DESI, der die Entwicklung des Universums verfolgt hat, seit es ungefähr drei Milliarden Jahre alt war, konnte erneut beweisen, dass Einsteins Relativitätstheorie die korrekte Grundlage für die Beschreibung der Gravitation ist.
Der Großteil des Universums bleibt unerforscht
Die Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt die Schwerkraft sehr genau, kann aber weder die beschleunigte Expansion des Universums noch die Wirkung der Dunklen Materie vollständig erklären. Die Dunkle Energie, eine hypothetische Kraft, wird als Ursache der beschleunigten Expansion angesehen, entzieht sich aber einer detaillierten Beschreibung durch bestehende kosmologische Modelle.
Wissenschaftler untersuchen daher alternative, sogenannte „modifizierte Theorien der Schwerkraft“, die auf Anpassungen der Gravitationstheorie von Isaac Newton basieren und ohne die Einführung einer Dunklen Energie auskommen. Die DESI-Daten stützen jedoch weiterhin das führende Modell Lambda Cold Dark Matter (LCDM), das auf der Allgemeinen Relativitätstheorie basiert, und widerlegen einige dieser alternativen Theorien.
Das DESI spielt tatsächlich auch bei der Erforschung der Dunklen Materie und der Dunklen Energie eine Schlüsselrolle. Beide Phänomene machen zusammen etwa 95 Prozent des Universums aus – und sind dennoch weitgehend unerforscht. Die DESI-Daten tragen dazu bei, das Verständnis dieser „dunklen“ Phänomene zu erweitern.
Das DESI könnte noch mehr Licht ins Dunkel bringen
Ein weiterer wichtiger Beitrag des DESI ist die Bestimmung einer oberen Massengrenze für Neutrinos, auch „Geisterteilchen“ genannt. Neutrinos sind praktisch masselos – ihre genaue Masse ist nach wie vor eine der größten offenen Fragen der Teilchenphysik.
Die aktuellen Ergebnisse stammen aus einer erweiterten Analyse des ersten Jahres der DESI-Daten, die im April 2024 veröffentlicht wurden und die bisher größte 3D-Karte des Universums bilden. Weitere Ergebnisse aus dem zweiten und dritten Betriebsjahr des DESI, die weitere entscheidende Einblicke in die kosmische Entwicklung und die Eigenschaften der Gravitation liefern könnten, werden voraussichtlich im Frühjahr 2025 veröffentlicht.
