Die Dynamik dunkler Energie neu beleuchtet

In der Kosmologie ist dunkle Energie eine hypothetische Form von Energie, die räumlich uneingeschränkt vorhanden ist und die die Ausdehnung des Universums tendenziell beschleunigt. Die kosmologische Konstante ist die einfachste Form dunkler Energie, die die Grundlage für das aktuelle Standardmodell in der Kosmologie bildet.

Im Rahmen des von der EU geförderten Projekts „The dark sector in cosmology and impact on present and future generation experiments“ (DEMO) wurde versucht, dunkle Energie von der kosmologische Konstante zu entkoppeln, indem dynamische Interaktionen mit weiteren Materieformen bestimmt wurden. Das beobachtbare Universum besteht nur zu einem geringen Anteil aus gewöhnlicher Materie und ansonsten aus dunkler Energie und dunkler Materie.

Wissenschaftler untersuchten die Möglichkeit, dass dunkle Materie dynamisch ist und dass sich die Gravitationskraft zwischen Partikeln dunkler Materie von der unterscheidet, die in der allgemeinen Relativitätstheorie berücksichtigt wird. Dies war in gekoppelten Modellen für dunkle Energie der Fall, in denen Partikel dunkler Materie die Präsenz einer fünften Kraft feststellten, die über die Gravitation hinaus geht.

Basierend hierauf wurde im Zuge des DEMO-Projekts ein nummerischer Code implementiert, der eine Kopplung zwischen dunkler Energie und dunkler Materie zu Testzwecken ermöglichte. Kleine Abweichungen von der Berechnung des Hubble-Expansionsparameters sowie kleinere Fluktuationen in der Dichte der baryonischen Materie brachten die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass eine Kopplung ungleich Null mit den Daten kompatibel sei. Diese kosmologischen Daten wurden von der Planck Collaboration im Jahr 2013 produziert.

Die Wissenschaftler zeigten zum ersten Mal, dass die Menge dunkler Energie in Frühphasen von der Epoche abhängt, in der die dunkle Energie relevant geworden ist. Während die Präsenz von dunkler Energie durch die Photonen- und Neutrino-Entkopplung stark eingeschränkt ist, können sich größere Mengen dunkler Energie zu einem späteren Zeitpunkt bilden.

Die Arbeit im Rahmen des DEMO-Projekts führte zur Formulierung eines Szenarios, in dem dunkle Energie und dunkle Materie zwei Aspekte der gleichen Flüssigkeit sind.

Die Projektarbeit zu dunkler Energie, dunkler Materie und die entsprechenden Vergleichsdaten wurden in 12 Beiträgen in internationalen Zeitschriften veröffentlicht. Die Beiträge umfassen unter anderem auch die Arbeit zu Theoriemodellen sowie entsprechende Vergleichsdaten.