Dunkle Energie beschleunigt die Expansion unseres Universums. Den Einfluss dieser besonderen Form der Energie innerhalb unserer Galaxien untersuchen Forscher am FIAS. Ihre aktuelle Arbeit zeigt, dass die abstoßende Kraft der dunklen Energie nicht mehr als zwei Größenordnungen über einem bekannten Wert liegen darf, um stabile Galaxien zu gewährleisten. Die Studie deutet darauf hin, dass dunkle Energie auch im nahen Universum eine größere Rolle spielt als bisher angenommen.

Zwei mysteriösen Kräften formen das Universum: Dunkle Materie, die anzieht und Galaxien zusammenführt, und Dunkle Energie, die abstößt und sie auseinandertreibt, was die Ausdehnung des Universums verursacht. Dunkle Materie macht etwa 26 Prozent der Masse des Universums aus, während Dunkle Energie ungefähr 68 Prozent beiträgt (der Rest ist atomare Masse, aus der wir und die Sterne bestehen). Diese Kräfte - eine anziehend und die andere abstoßend - galten lange Zeit als die primären Einflüsse auf die Struktur und Entwicklung des Kosmos.

Neue Forschungsergebnisse von David Benisty und David Vasak aus den Gruppen der FIAS-Fellows Jürgen Struckmeier und Horst Stöcker vom Frankfurter Institute for Advanced Studies (FIAS) legen nahe, dass die Effekte der Dunklen Energie auch innerhalb von Galaxien nachweisbar sind, also auf einer viel kleineren Skala als bisher angenommen. Durch die Analyse der Rotationskurven (Geschwindigkeit im Verhältnis zur Entfernung von Sternen, siehe Abbildung) in Zwerggalaxien stellten sie fest, dass die obere Grenze des Einflusses der Dunklen Energie überraschend nahe an den bekannten Werten liegt – nur zwei Größenordnungen höher.

Diese bahnbrechende Entdeckung deutet darauf hin, dass die Dunkle Energie einen viel größeren Einfluss auf die Dynamik von Galaxien hat als bisher angenommen. Sie könnte das Gleichgewicht zwischen der Gravitationskraft der Dunklen Materie und dem Druck der Dunklen Energie stören und zu galaktischer Instabilität führen. Die von der Carl-Wilhelm-Fueck-Stiftung und der Margarethe- und Herbert-Puschmann-Stiftung geförderte Forschung eröffnet neue Möglichkeiten, die Dunkle Energie innerhalb von Galaxien zu untersuchen und bietet neue Einblicke in ihre Beziehung zur Dunklen Materie. Die Ergebnisse stellen frühere Annahmen in Frage und deuten darauf hin, dass die Dunkle Energie auf viel kleineren Skalen wirkt als bisher angenommen.

Die Arbeit zeigt, dass in Galaxien mit langen Umlaufzeiten der Einfluss der Dunklen Energie die Geschwindigkeit in den äußeren Bereichen verringert. Daher nehmen die Forscher an, dass zukünftige Messungen, die sich auf die äußeren Regionen von Galaxien konzentrieren, Dunkle Energie auf viel kleineren Skalen erkennen werden, als es derzeit vorstellbar ist. Dies könnte zu einem tiefgreifenden Wandel in unserem Verständnis der fundamentalen Kräfte des Universums führen.

Publikation: David Benisty, David Vasak, Jürgen Struckmeier, Horst Stöcker, Bounding the Cosmological Constant using Galactic Rotation Curves from the SPARC Dataset, Phys.Rev.D 110 (2024) 6, 063028, https://doi.org/10.1103/PhysRevD.110.063028.

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