Nach Lücken in Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie suchen
Einsteins allgemeine Relativitätstheorie beschreibt die Natur der Schwerkraft, indem sie die Bewegung astronomischer Körper in unserem Sonnensystem perfekt darlegt. Und doch kann die Theorie Galaxien nur erklären, wenn sie von unsichtbarer Masse, der sogenannten Dunklen Materie, zusammengehalten werden. Sie kann auch nicht die scheinbar beschleunigte Ausdehnung des Universums erklären, ohne die Anwesenheit einer Quelle mit Dunkler Energie hervorzurufen. Der Ursprung von sowohl Dunkler Materie als auch Energie im Universum ist unbekannt. „Die Grundlagenphysik kann nur einen winzigen Teil des Universums erklären“, bemerkt die Projektkoordinatorin Catherine Heymans. Das EU-finanzierte Projekt GLOBE: „Wir konzentrieren uns auf die Verwendung von erstklassigen Daten, um zu untersuchen, ob mit einem neuen Schwerkraftmodell eine überzeugende alternative Erklärung – außer der von Einstein – für das dunkle Universum liefern könnte.“
Eine unvollständige Theorie
Früher wurde dies als „Ketzerei“ bezeichnet, sagt Heymans. Trotz jahrzehntelanger Suche hat noch niemand ein Teilchen der dunklen Materie gefunden, weder in Teilchenbeschleuniger-Experimenten noch in flüssigen Xenonfallen. Der Ursprung der Dunklen Energie ist noch schwerer zu bestimmen, was Fachleute der Astrophysik wie Heymans dazu veranlasst, sich zu fragen, ob Einsteins Gravitationstheorie möglicherweise unvollständig ist. „Es ist die am häufigsten überprüfte Theorie auf der Erde – Satellitennavigation würde nicht funktionieren, wenn sie falsch wäre“, fügt Heymans hinzu. „Aber die Erde ist ein ziemlich seltsamer Raum. Der größte Teil des Universums ist leer, es gibt riesige Hohlräume zwischen den Galaxien, und vielleicht funktioniert die Schwerkraft dort anders.“ Heymans und ihr Team von der Universität Edinburgh verfolgten einen zweigleisigen Ansatz, um die vorherrschende Gravitationstheorie in Frage zu stellen. Die Hauptdaten wurden von der Europäischen Südsternwarte unter Verwendung des VST Survey Telescope im chilenischen Paranal generiert. Diese Kilo-Degree Survey (KiDS) wurde als so wichtig angesehen, dass ihre Messungen immer dann priorisiert wurden, wenn das Observatorium perfekte Wetterbedingungen erlebte. KiDS kartierte ein Fünftel des Himmels im sichtbaren Spektrum, vom blauen bis zum nahen Infrarot-Licht, und untersuchte Galaxien in einer Entfernung von 10 Milliarden Lichtjahren. Das GLOBE-Team suchte dann nach Hinweisen darauf, dass Licht durch Gravitationsanomalien auf seinem Weg zur Erde verzerrt wird. „Wir haben 30 Millionen Galaxien untersucht und anhand dieser Daten herausgefunden, wo sich Dunkle Materie in unserem Universum befindet“, erzählt Heymans. „Wir können diese Daten verwenden, um Einsteins Theorie, wie Masse Raum und Zeit krümmt, direkt zu überprüfen.“ Diese Daten wurden mit einem zweiten Datensatz kombiniert, der die Bewegung von Galaxien in Regionen mit Dunkler Materie abbildete.
Die Sterne richten sich aus
Das Team stellte fest, dass ihre Daten mit Einsteins Vorhersagen übereinstimmen. „Wir sind zu dem Schluss gekommen, dass es sehr schwer ist, Einsteins Theorie zu widerlegen. Wenn Dunkle Materie und Dunkle Energie existieren, funktioniert die allgemeine Relativitätstheorie im gesamten Universum sehr gut“, bemerkt Heymans. Dennoch sagt sie, dass es wichtig ist, weiter Fragen zu stellen. „Man kann eine Theorie niemals beweisen, sondern nur widerlegen!“ Ein neues Teleskop, welches derzeit in Chile gebaut wird, das 8,4 m lange Vera C. Rubin Observatory, wird dazu beitragen, diese Bemühungen voranzutreiben. In wenigen Wochen wird es möglich sein, dieselben Daten zu sammeln, für deren Zusammenstellung das Projekt GLOBE sieben Jahre gebraucht hat. Alle vom Projekt GLOBE entwickelten Methoden und Techniken werden für dieses viel leistungsstärkere Teleskop verwendet. „Die Tatsache, dass unser derzeitiges Verständnis der Physik Dunkle Energie oder Dunkle Materie nicht erklären kann, bedeutet, dass etwas ziemlich Großes fehlt“, schließt Heymans. „Viele Leute denken, dass wir eine Revolution in der Physik brauchen, um das endlich zu verstehen.“
Schlüsselbegriffe
GLOBE, Relativitätstheorie, Einstein, Schwerkraft, Energie, Dunkle Materie, Galaxien
