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Kosmologie : Im Straßencafé am Ende des Universums

  • -Aktualisiert am

Adam Riess in seinem Büro an der John Hopkins Universität in Baltimore. Bild: AP

Vor etwas mehr als zehn Jahren stand Adam Riess kopfschüttelnd vor dem negativen Betrag, den seine Abschätzung der Masse des Universums ergeben hatte. Doch kurze Zeit später war klar, dass er richtig gelegen hatte. Eine Begegnung mit dem Mitentdecker der Dunklen Energie.

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          Irgendwann Ende 1997 saß Adam Riess an seinem Schreibtisch in der University of California in Berkeley, kraulte sich seinen Henriquatre-Bart und wunderte sich. Vielleicht ärgerte er sich auch ein wenig. Denn offenbar war dem jungen Astrophysiker ein Rechenfehler unterlaufen: "Ich wollte die Masse des Universums ausrechnen", erinnert er sich. "Aber da kam eine negative Zahl heraus. Das war natürlich Blödsinn, es gibt keine negativen Massen."

          Doch es war kein Rechenfehler. Es war die vielleicht wichtigste und zugleich verstörendste physikalische Entdeckung in der zweiten Hälfte des zwanzigsten Jahrhunderts. Der Name, den die Wissenschaftler dem rätselhaften Effekt gegeben haben, tut allerdings nur so, als wüsste man, was es ist: "Dunkle Energie" bedeutet lediglich, dass es sich um etwas nur indirekt Messbares handelt, das - wie praktisch alles Physikalische - irgendwie mit Energie verknüpft ist. Alles Weitere ist unklar. In das gegenwärtige Weltbild der Physik passt das Phänomen noch weniger als kleine grüne Marsmännchen in das der Biologie.

          Auftritt (noch) einer kosmologischen Konstanten

          Klar, dass Adam Riess den Fehler zunächst bei sich suchte. Doch wie sich zeigte, hatte er nur eine Annahme gemacht, die bei einem Kosmos ohne Dunkle Energie völlig einleuchtet: dass die Masse des Universums dessen allgemeine Expansion abbremst. Die Stärke dieser Abbremsung zu bestimmen, das war 1997 das Ziel eines zwanzigköpfigen Teams gewesen - neben Amerikanern, Chilenen und einem Australier waren zwei Astronomen von der Zentrale der Europäischen Südsternwarte in Garching dabei. Die Forscher vermaßen die Geschwindigkeiten, mit der die Expansion des Kosmos weit entfernte Galaxien mitreißt. Da deren Licht zu uns länger unterwegs ist als das näherer Objekte, stammen ihre Geschwindigkeitswerte aus einer früheren Epoche. In einem abgebremst expandierenden All sollten sie daher höher ausfallen als die Geschwindigkeiten weniger weit entfernter Galaxien.

          Doch die Daten zeigten genau das Umgekehrte: Die Galaxien waren früher langsamer. Das Universum muss sich also seither beschleunigt haben, was Riess bei seiner ersten Rechnung eine negative Masse des Weltalls vorgaukelte. "Man muss einen zusätzlichen Term in die Gleichungen einfügen, um das zu beschreiben", sagt Riess. "Ein paar Tage später fügte ich so einen Term ein, die Kosmologische Konstante; sie passte perfekt."

          Nachweis der beschleunigten Expansion

          Nun war solch ein Term bereits 1917 von keinem Geringeren als Albert Einstein erwogen worden. Seine Gravitationstheorie lässt ihn immerhin zu. Doch nicht alles, was physikalische Theorien erlauben, gibt es auch. Zwar sagt auch die Quantentheorie eine Kosmologische Konstante voraus, doch ihr Wert ist zehn hoch 120 Mal größer als der, den Riess schließlich herausbekam. Eine so große Konstante aber kann es nicht geben; sie würde das Weltall schlagartig aufblähen und alles darin zerreißen. Bis 1997 glaubten die Physiker daher lieber an gar keine Kosmologische Konstante als an eine, die gerade eben klein genug ist, um Sterne und Galaxie zu erlauben, und zu der es keine anderweitig motivierte physikalische Theorie gibt, aus der sie folgt.

          Normalerweise hätte die Zunft daher Riess und seine Mitstreiter erst einmal mit einer Flut von Zweifeln überzogen: Zweifeln an den Beobachtungsdaten, ihrer Aufbereitung und an den Rechnungen von Riess, der als Postdoktorand die Datenanalyse des Teams leitete. Doch Zweifler bekamen keine Chance. Praktisch gleichzeitig hatte eine zweite Forschergruppe um Saul Perlmutter vom Lawrence Berkeley Laboratory aus ihren eigenen Beobachtungsdaten ebenfalls eine beschleunigte Expansion des Universums abgeleitet. Heute ist der Befund vielfach untermauert und zeigt sich nicht nur in den Fluchtgeschwindigkeiten entfernter Galaxien, sondern auch in den großräumigen Strukturen im Universum sowie in den Schwankungen der kosmischen Hintergrundstrahlung. Und Adam Riess, obgleich nur einer von mehreren Dutzend Entdeckern, wurde berühmt.

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