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Als '''Dunkle Energie''' wird in der [[Kosmologie]] eine hypothetische Form der [[Energie]] bezeichnet. Die Dunkle Energie wurde als eine Verallgemeinerung der [[Kosmologische Konstante|kosmologischen Konstanten]] eingeführt, um die beobachtete beschleunigte [[Expansion des Universums]] zu erklären. Der Begriff wurde 1998 von [[Michael S. Turner]] geprägt.

Die physikalische Interpretation der Dunklen Energie ist weitgehend ungeklärt und ihre Existenz ist experimentell nicht direkt nachgewiesen. Die gängigsten Modelle bringen sie mit [[Vakuumfluktuation]]en in Verbindung. Die physikalischen Eigenschaften der Dunklen Energie lassen sich durch großräumige Kartierung der Strukturen im [[Universum]] untersuchen, beispielsweise durch die Verteilung von [[Galaxie]]n und [[Galaxienhaufen]]. Entsprechende astronomische Großprojekte befinden sich in Vorbereitung oder laufen bereits, wie im Falle des [[Euclid (Weltraumteleskop)|Weltraumteleskops Euclid]].

== Beobachtung ==
{{Anker|Verteilung}}
{{Hauptartikel|Expansion des Universums}}
[[Datei:WMAP 2008 universe content de.png|mini|Materie- und Energie-Anteil des Universums zum jetzigen Zeitpunkt (oben) und zur Entkopplungszeit (unten), 380.000 Jahre nach dem Urknall. (Beobachtungen der [[Wilkinson Microwave Anisotropy Probe|WMAP]]-Mission u. a.).<ref>Nach den Daten des [[Planck-Weltraumteleskop]]s ([[ESA]], 21. März 2013) ergeben sich im Vergleich zu WMAP leicht korrigierte Werte: Sichtbare Materie: 4,9 %, Dunkle Materie: 26,8 %, Dunkle Energie: 68,3 %, Alter des Weltalls: 13,82 Milliarden Jahre, ''[http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Planck/Planck_reveals_an_almost_perfect_Universe Planck reveals an almost perfect Universe.]'' Abgerufen am 9. Oktober 2013.</ref> Die Bezeichnung „Atome“ steht für „normale Materie“.]]

Nachdem die Expansion des Universums durch die Beobachtung der [[Rotverschiebung]] der Galaxien als etabliert galt, wurden detailliertere Messungen durchgeführt, um die Geschwindigkeit der Expansion und ihre Veränderung über die Lebenszeit des Universums zu bestimmen. Traditionelle Modelle besagten, dass die Expansion aufgrund der Materie und der durch sie wirkenden [[Gravitation]] verlangsamt wird; Messungen sollten diese Verlangsamung quantifizieren.

Die Messungen, die im Wesentlichen auf Entfernungsbestimmungen weit entfernter [[Supernova vom Typ Ia|Supernovae vom Typ Ia]] (SN I A) basierten, ergaben entgegen den Voraussagen, dass sich die Expansion nicht nur nicht verlangsamt, sondern schneller wird. Aus den Beobachtungsdaten ergab sich, dass vor ca. 6,1 Milliarden Jahren eine '''Umkehr''' der Expansion eintrat, und sich seither die relative Expansion beschleunigt (''ä'' > 0), während sie bis zu diesem Zeitpunkt gebremst wurde (''ä'' < 0). Diese unerwartete Beobachtung wird seither auf eine noch unbestimmte ''Dunkle Energie'' zurückgeführt. In den Modellen besteht das Universum zum gegenwärtigen Zeitpunkt, ca. 13,8 Milliarden Jahre nach dem [[Urknall]], zu 68,3 % aus Dunkler Energie, 26,8 % aus [[Dunkle Materie|Dunkler Materie]] und zu 4,9 % aus der sichtbaren, [[Baryon#Baryonische Materie in der Kosmologie|baryonischen Materie]].<ref>[https://sci.esa.int/web/planck/-/51557-planck-new-cosmic-recipe ''Planck's new cosmic recipe.''] ESA, Planck, 1. September 2019, abgerufen am 13. Februar 2026.</ref><ref>[[Rüdiger Vaas]]: [https://www.wissenschaft.de/astronomie-physik/das-neue-bild-des-alten-universums/ ''Das neue Bild des alten Universums.''] In: ''[[Bild der Wissenschaft]]''. 21. März 2013, abgerufen am 13. Februar 2026 (nach den Daten der Planck-Mission).</ref> Die [[Planck-Weltraumteleskop|Planck-Mission]] korrigierte 2019 dabei etwas die [[Wilkinson Microwave Anisotropy Probe|WMAP]]-Daten von 2012. In der Frühzeit des Universums, 380.000 Jahre nach dem Urknall, dem Zeitpunkt der Entkopplung der Elektronen von der [[Hintergrundstrahlung]], war die Zusammensetzung noch wesentlich anders (siehe [[#Verteilung|Diagramm rechts]]).<ref>[https://map.gsfc.nasa.gov/media/080998/index.html Zusammenfassung der WMAP-Daten] der NASA zu den Energie-Anteilen im Universum in einem Diagramm (2008).</ref> Die Daten der Planck-Mission ergeben ganz unabhängig vom Projekt der Entfernungsbestimmung mit SN I A mit diesen konsistente Daten über den Anteil Dunkler Energie. Zum Zeitpunkt der Umkehr hoben sich die expandierende Wirkung der Dunklen Energie und die kontrahierende Wirkung der Gravitation genau auf. Nach dem Modell bedeutet dies, dass der Energieanteil der Dunklen Energie in der Hubble-Sphäre genau der Hälfte der Masse der Materie entsprach und somit genau einem Drittel der Gesamtenergie, da etwaige sehr geringe Krümmung und die Strahlung demgegenüber nicht ins Gewicht fallen.
:<math>\Omega_\Lambda = \Omega_m/2 = 1/3</math>

Die Existenz einer Dunklen Energie könnte auch eine Erklärung für die [[Horizontproblem|Flachheit des Universums]] sein. Es ist bekannt, dass die normale Materie nicht ausreicht, um dem Universum eine flache, das heißt im Wesentlichen [[Euklidische Geometrie|euklidische]], Geometrie zu geben; sie stellt nur 2–5 % der notwendigen Masse. Aus Beobachtungen der gravitativen Anziehung zwischen den Galaxien ergibt sich zwar, dass Dunkle Materie vorhanden sein muss, die allerdings auch nur maximal 30 % der erforderlichen Materie sein kann. Daher ergibt es sich, dass die Dunkle Energie heutzutage mit knapp 70 % zur Gesamtmasse im Universum beiträgt.

Aus den Messdaten ergeben sich folgende Werte für die Kosmologische Konstante ''Λ'', und mit der [[Einsteinsche Feldgleichungen#Einsteinkonstante|Einsteinkonstante]] ''κ'' ihre Dichte, ihr Druck und ihr heutiger [[Dichteparameter]]:

:<math>\Lambda = 1{,}088\cdot 10^{-52}\, 1/\text {m}^2</math>
:<math>\rho_\Lambda = \Lambda/\kappa = 5{,}83\cdot 10^{-27}\, \text{kg/m}^3</math>
:<math>p_\Lambda = -c^2\rho_\Lambda = -5{,}239\cdot 10^{-10}\, \text{Pa} </math>
:<math>\Omega_\Lambda = 0,685 .</math>

== Theoretischer Hintergrund ==
Die akzeptierte Theorie zur großräumigen Entwicklung des Kosmos ist die [[allgemeine Relativitätstheorie]] (ART). In der Diskussion um die Expansion oder Kontraktion des Universums bewirkt die Materie durch ihre Gravitationswirkung eine Verlangsamung der Expansion; die [[kosmologische Konstante]] (sofern sie positiv ist) beschreibt dagegen eine beschleunigte ''Expansion'' und, sofern sie auf großen Skalen gegenüber der [[Raumkrümmung|Krümmung]] dominiert, ein ''flaches'' Universum.

Die beobachtete Beschleunigung der Expansionsbewegung bedeutet, dass eine Beschreibung durch die kosmologische Konstante sinnvoll ist. Zuvor war sie nur eine [[Ad-hoc-Hypothese|Ad-hoc-Konstruktion]], die bei der [[Heuristik|heuristischen]] Ableitung der [[Einsteinsche Feldgleichungen|einsteinschen Feldgleichungen]] nicht ausgeschlossen werden konnte.

Eines der ersten kosmologischen Modelle, das auf [[Albert Einstein]] zurückgeht, beschreibt ein statisches, nicht expandierendes Universum. Im Rahmen dieses Modells besitzt die kosmologische Konstante einen Wert ungleich null. Die kosmologische Konstante entspricht einer [[Nullpunktsenergie|Energie des Vakuums]], die der Gravitation der im Universum enthaltenen Materie entgegenwirkt. Nachdem entdeckt wurde, dass das Universum nicht statisch ist, sondern expandiert, ging auch Einstein dazu über, die kosmologische Konstante gleich null zu setzen. Dennoch wurden in der Literatur auch weiterhin Modelle diskutiert, in denen die kosmologische Konstante einen von null verschiedenen Wert besitzt, beispielsweise im [[Georges Lemaître|Lemaitre]]-Universum (Inflexionsmodell).

Ein weiteres Problem war, dass die Annahme einer Vakuumenergie in der [[Quantenfeldtheorie]] Beiträge zum [[Energie-Impuls-Tensor]] lieferte, die einem außerordentlich hohen Wert der kosmologischen Konstante entsprachen, was nicht beobachtet wurde (Problem der kosmologischen Konstante).

== Erklärungsversuche ==
Über die genaue Natur der Dunklen Energie kann derzeit nur spekuliert werden. Die einfachste Lösung ist, einen geeigneten Wert einer kosmologischen Konstanten zu postulieren und als gegebene und grundlegende Eigenschaft des Universums hinzunehmen.

Ein Vorschlag ist, die Dunkle Energie als Vakuumenergie des „leeren Raumes“, die in der [[Quantenfeldtheorie]] auftritt, zu verstehen. Da mit der Expansion des Universums der Raum zunimmt, wächst auch die Vakuumenergie und beschleunigt die Expansion. Dies ist die gegenwärtig bevorzugte Erklärung.<ref>Robert Lea: [https://www.space.com/20929-dark-energy.html ''What is dark energy?''] In: ''space.com''. 24. November 2022, abgerufen am 13. Februar 2026.</ref> Allerdings gibt es bislang (2026) keine überzeugenden quantitativen Herleitungen.

Eine theoretische Berechnung der Vakuumenergie auf der Überlegung basierend, dass es sich dabei um Quantenfluktuationen handelt, ist bisher nicht gelungen und endet gemäß den üblichen Überlegungen in der sogenannten Vakuumkatastrophe, weil die Berechnung um 122 Größenordnungen vom Messwert abweicht. Die Vakuumenergie soll nach dieser Theorie einen negativen Druck bewirken, der gemäß der [[Allgemeine Relativitätstheorie|allgemeinen Relativitätstheorie]] dann wie eine negative Energie gravitativ abstoßend wirkt. Da die Quantenfluktuationen des Vakuums keine ungerichtete Bewegung wie Staub oder Gas ausüben, errechnet sich dieser negative Druck mit einem Faktor von <math>w = -1</math> statt wie bei Gas üblich <math>w = 1/3</math>. Hierdurch ergibt sich eine dreifach so stark abstoßende wie anziehende gravitative Wirkung.

Alternativ wird Dunkle Energie als die Wirkung eines zeitlich veränderlichen [[Skalarfeld]]es, [[Quintessenz (Physik)|Quintessenz]] genannt, angesehen. Die Fluktuationen eines solchen Feldes breiten sich typischerweise fast mit [[Lichtgeschwindigkeit]] aus. Aus diesem Grund neigt ein solches Feld auch nicht zu gravitativem Klumpen: Die Fluktuationen in überdichten Regionen strömen sehr schnell in unterdichte Regionen und führen so zu einer praktisch homogenen Verteilung.

Die Elementarteilchen, die man einem solchen Skalarfeld zuschreibt, wären überaus leicht (ungefähr 10<sup>−82</sup> [[Elektron]]enmassen) und dürften, von der Gravitation abgesehen, praktisch nicht mit normaler (baryonischer) Materie wechselwirken.<ref>{{Internetquelle |autor=Andreas Müller |url=http://www.spektrum.de/astrowissen/lexdt_d03.html#lam |titel=Dunkle Energie |datum=2007-08 |abruf=2017-01}}</ref>

Weitere Erklärungsversuche umfassen beispielsweise „Generic objects of dark energy“ (GEODEs) – kompakte Objekte, die den Anschein [[Schwarzes Loch|Schwarzer Löcher]] haben, aber aus Dunkler Energie bestehen würden. 2020 wurde hierzu eine Theorie formalisiert, nachdem sie in den 1960er Jahren erstmals vorgeschlagen wurden. Diese Objekte würden nach dem [[Gravitationskollaps|Kollaps]] sehr früher, großer Sterne entstanden sein, könnten sich gegenseitig abstoßen und überall in den [[Weltraum#Intergalaktischer Raum|intergalaktischen]] [[Void (Astronomie)|Voids]] verteilt sein.<ref>{{cite news |title=Researchers predict location of novel candidate for mysterious dark energy |url=https://phys.org/news/2020-09-candidate-mysterious-dark-energy.html |work=phys.org |date=2020-09-01 |language=en |access-date=2026-02-13}}</ref><ref>{{cite journal |last1=Croker |first1=K. S. |last2=Runburg |first2=J. |last3=Farrah |first3=D. |title=Implications of Symmetry and Pressure in Friedmann Cosmology. III. Point Sources of Dark Energy that Tend toward Uniformity |journal=The Astrophysical Journal |date=2020 |language=en |volume=900 |issue=1 |pages=1–14 |doi=10.3847/1538-4357/abad2f |issn=1538-4357}}</ref>

Unabhängig von der Dunklen Energie gibt es die [[Dunkle Materie]], die nicht mit dieser zu verwechseln ist. Ihre Herkunft ist ebenfalls unbekannt. Sie sorgt zum Beispiel für die Stabilität von Galaxien etwa bei Kollisionen untereinander oder bei ihrer Rotation.

== Inflation ==
Dunkle Energie und die damit verbundenen Felder sind ebenfalls eine denkbare Ursache der [[Inflation (Kosmologie)|Inflation]] in der Frühzeit des Kosmos. Allerdings ist unklar, ob zwischen einer derartigen Dunklen Energie und derjenigen, die für die derzeit beobachtete Expansion vorgeschlagen wird, ein Zusammenhang besteht.

== Aktuelle Forschungsprojekte ==
* Forschungsprogramme mit terrestrischen Teleskopen werden unter anderem mit der ''Hyper Suprime-Cam'' des [[Subaru-Teleskop]]s und im Rahmen des ''{{lang|en|[[Dark Energy Survey]]}}'' mit der ''DECam'' des [[Cerro Tololo Inter-American Observatory#Forschungsprojekte|Victor-M.-Blanco-Teleskops]] durchgeführt.<ref>''[http://phys.org/news/2012-09-instrument-subaru-telescope-field-view.html New instrument increases Subaru Telescope’s field of view sevenfold.]'' In: ''phys.org.'' 13. September 2012, abgerufen am 13. Februar 2026 (englisch).</ref><ref>Eric Hard: ''Cameras to focus on dark energy.'' In: ''[[Nature]]''. 489. Jahrgang, 2012, S. 190–191, {{DOI|10.1038/489190a}} (englisch).</ref><ref>{{Webarchiv |url=http://www.darkenergysurvey.org/DECam/DECam_add_tech.shtml |text=''Additional Information about DECam.'' |wayback=20120924050221}}. In: ''darkenergysurvey.org.'' 2012 (englisch).</ref>
* [[Spektr-RG]] ist ein russisch-deutsches [[Weltraumteleskop|Weltraumobservatorium]] und ein Forschungsprojekt der [[Röntgenastronomie]], das am 13. Juli 2019<ref>[https://astro.uni-bonn.de/de/news/2019/06/21/eRosita-launch ''Röntgenteleskop eROSITA startet erfolgreich ins All.''] [[Argelander-Institut für Astronomie]], 13. Juli 2019, abgerufen am 13. Februar 2026.</ref> gestartet wurde. Das Hauptinstrument ist das vom [[Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik]] entwickelte [[eROSITA]]. Aufgrund des [[Russischer Überfall auf die Ukraine seit 2022|russischen Überfalls auf die Ukraine]] pausiert das Projekt aktuell.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.mpe.mpg.de/7856513/news20220303 |titel=Stellungnahme zum aktuellen Status des eROSITA-Instruments an Bord von Spektr-RG (SRG) |hrsg=Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik |datum=2022-03-03 |abruf=2026-02-13}}</ref>
* Das Weltraumteleskop [[Euclid (Weltraumteleskop)|Euclid]], welches insbesondere untersuchen soll, wie das Universum bislang expandierte, startete am 1. Juli 2023.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Videos/2023/07/Euclid_liftoff |titel=Euclid liftoff |hrsg=Europäische Weltraumorganisation |sprache=en |abruf=2023-08-27}}</ref><ref>{{Internetquelle |autor=Jeff Foust |url=https://spacenews.com/falcon-9-launches-esas-euclid-space-telescope/ |titel=Falcon 9 launches ESA’s Euclid space telescope |werk=spacenews.com |datum=2023-07-01 |sprache=en-US |abruf=2023-08-27}}</ref>

== Literatur ==
* Sidney C. Wolff, Tod R. Lauer: ''Observing dark energy.'' (= ''Astronomical Soc. of the Pacific conference series.'' Band 339). San Francisco Calif. 2005, ISBN 1-58381-206-7.
* [[Harald Lesch]], [[Jörn Müller (Physiker)|Jörn Müller]]: ''Kosmologie für helle Köpfe – Die dunklen Seiten des Universums.'' Wilhelm Goldmann, München 2006, ISBN 3-442-15382-4.
* Luca Amendola u. a.: ''Dark energy – theory and observations.'' Cambridge University Press, Cambridge 2010, ISBN 978-0-521-51600-6.
* [[Helge Kragh]], James M. Overduin: ''The weight of the vacuum – a scientific history of dark energy.'' Springer, Heidelberg 2014, ISBN 978-3-642-55089-8.
* [[Adalbert Pauldrach]], Tadziu Hoffmann: ''Das Dunkle Universum: Der Wettstreit Dunkler Materie und Dunkler Energie: Ist das Universum zum Sterben geboren?'' Springer, Heidelberg 2022, ISBN 978-3-662-65387-6.

== Weblinks ==
{{Commonscat|Dark energy|Dunkle Energie}}
{{Wiktionary}}
* {{Alpha Centauri|89}}
* Granett, Neyrinck, Szapudi: ''[http://www.ifa.hawaii.edu/cosmowave/supervoids Cosmic imprints of supervoids and superclusters from dark energy.]'' 30. Juli 2008 (englisch).
* ''[http://www.weltderphysik.de/gebiet/astro/dunkle-energie Dunkle Energie.]'' Bei: ''WeltDerPhysik.de.''
* R. Fassbender u. a.: ''[http://publik.tuwien.ac.at/files/pub-et_11456.pdf VADER – a satellite mission concept for high precision dark energy studies.]'' (PDF; 2,8 MB). Int. Symposium on Astronomical Telescopes and Instrumentation. Orlando Fla 2006.
* ''[https://www.darkenergysurvey.org/ The Dark Energy Survey.]'' Bei: ''DarkEnergySurvey.org.''
* ''[http://jdem.gsfc.nasa.gov/ The Joint Dark Energy Mission.]'' Bei: ''jdem.gsfc.nasa.gov.'' Abgerufen am 14. September 2012.
* [[Spektrum.de|Spektrum]].de: ''[https://www.spektrum.de/news/ist-die-dunkle-energie-ein-gigantischer-irrtum/1692212 Ist die Dunkle Energie ein gigantischer Irrtum?]'' 12. Dezember 2019

== Einzelnachweise ==
<references responsive />

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[[Kategorie:Kosmologie (Physik)]]

Dunkle Energie - Versionsgeschichte

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