Am 30. Juni 1905 begann Albert Einstein mit der Veröffentlichung der Theorie der Speziellen Relativitätstheorie eine Revolution. Diese Theorie besagt unter anderem, dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum für alle Beobachter unabhängig von der Quelle gleich ist. 1915 veröffentlichte er daraufhin seine Allgemeine Relativitätstheorie, in der behauptet wurde, die Schwerkraft habe einen verzerrenden Effekt auf die Raumzeit. Seit über einem Jahrhundert sind diese Theorien ein wesentliches Werkzeug in der Astrophysik und erklären das Verhalten des Universums im großen Maßstab.
Seit den 1990er Jahren sind sich Astronomen jedoch der Tatsache bewusst, dass sich das Universum schneller ausdehnt. Um die Mechanik dahinter zu erklären, reichten die Vorschläge von der möglichen Existenz einer unsichtbaren Energie (d. H. Dunkler Energie) bis zur Möglichkeit, dass Einsteins Feldgleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie zusammenbrechen könnten. Dank der jüngsten Arbeit eines internationalen Forschungsteams ist jetzt bekannt, dass Einstein die ganze Zeit Recht hatte.
Mit dem Fiber Multi-Object Spectrograph (FMOS) am Subaru-Teleskop erstellte das Team, das von Forschern des japanischen Instituts für Physik und Mathematik des Universums (Kavli IMPU) und der Universität Tokio geleitet wurde, die tiefste 3D-Darstellung Karte des Universums bis heute. Insgesamt enthält diese Karte rund 3.000 Galaxien und umfasst ein Raumvolumen von 13 Milliarden Lichtjahren.
Um Einsteins Theorie zu testen, verwendete das Team, das von Dr. Teppei Okumura, einem Kavli IPMU-Projektforscher, geleitet wurde, Informationen, die das FastSound-Projekt in den letzten Jahren erhalten hatte. Im Rahmen ihrer Bemühungen, die Ursprünge der kosmischen Beschleunigung festzustellen, stützt sich dieses Projekt auf Daten, die vom Subaru-Teleskop gesammelt wurden, um eine Umfrage zu erstellen, die die Rotverschiebung von Galaxien überwacht.
Aus dem, was im Verlauf von 40 Nächten (zwischen 2012 und 2014) beobachtet wurde, konnte die FastSound-Umfrage die Einschaltgeschwindigkeiten und Clusterbildung von mehr als 3.000 entfernten Galaxien bestimmen. Okumura und sein Team maßen ihre Rotverschiebungsraumverzerrungen, um zu sehen, wie schnell sie sich bewegten, und konnten die Ausdehnung dieser Galaxien auf eine Entfernung von 13 Milliarden Lichtjahren verfolgen.
Dies war eine historische Leistung, da frühere 3D-Modelle des Universums nicht mehr als 10 Milliarden Lichtjahre erreichen konnten. Dank des FMOS am Subaru-Teleskop, mit dem Galaxien in einer Entfernung von 12,4 bis 14,7 Milliarden Lichtjahren analysiert werden können, konnte das Team diesen Rekord brechen. Anschließend verglichen sie die Ergebnisse mit der Art der Expansion, die von Einsteins Theorie vorhergesagt wurde, insbesondere mit der Einbeziehung seiner kosmologischen Konstante.
Ursprünglich von Einstein 1917 als Ergänzung zu seiner Allgemeinen Relativitätstheorie eingeführt, war die kosmologische Konstante im Grunde ein Weg, die Schwerkraft zurückzuhalten und ein statisches Universum zu erreichen. Und während Einstein diese Theorie aufgab, als Edwin Hubble entdeckte, dass sich das Universum ausdehnt, ist sie seitdem ein anerkannter Bestandteil des Standardmodells der modernen Kosmologie (bekannt als Lambda-CDM-Modell).
Das Forscherteam stellte fest, dass die Regeln der Allgemeinen Relativitätstheorie auch in einer Entfernung von 13 Milliarden Lichtjahren ins Universum noch gültig sind. "Wir haben die allgemeine Relativitätstheorie weiter getestet als jeder andere", sagte Dr. Okumura. "Es ist ein Privileg, unsere Ergebnisse 100 Jahre nach Einsteins Vorschlag seiner Theorie veröffentlichen zu können."
Diese Ergebnisse haben dazu beigetragen, etwas zu lösen, über das Astronomen seit Jahrzehnten rätseln, nämlich ob Einsteins kosmologische Konstante mit einem expandierenden Universum übereinstimmt oder nicht. Während verschiedene Experimente bestätigt haben, dass die Allgemeine Relativitätstheorie mit Beobachtungsdaten übereinstimmt, waren sie in der Vergangenheit etwas eingeschränkt.
Zum Beispiel war das Pound-Rebka-Experiment, das 1960 stattfand, die erste Bestätigung von Einsteins Theorie. Dieses Experiment und die vielen, die in den folgenden Jahrzehnten folgten, waren jedoch entweder indirekt oder auf das Sonnensystem beschränkt. Ein 2010 von Forschern der Princeton University durchgeführtes Experiment bestätigte die Allgemeine Relativitätstheorie in einer Entfernung von 7 Milliarden Lichtjahren.
Mit diesem Experiment wurde die Allgemeine Relativitätstheorie in einer Entfernung von 13 Milliarden Lichtjahren bestätigt, was die überwiegende Mehrheit des Universums ausmacht, das wir sehen können (das sind 13,8 Milliarden Lichtjahre). Es scheint, dass Einsteins Theorien auch ein Jahrhundert später noch Bestand haben. Und wenn man bedenkt, dass er einmal behauptete, die kosmologische Konstante sei der „größte Fehler“ seiner wissenschaftlichen Karriere!
