KI entschlüsselt Dunkle Energie mit Millionen Supernovas

Das Universum dehnt sich immer schneller aus – eine Entdeckung, die vor über 25 Jahren für eine wissenschaftliche Sensation sorgte. Verantwortlich dafür ist eine unsichtbare Kraft, die Forscher 'Dunkle Energie' nennen. Doch was genau dahinter steckt, ist bis heute eines der größten Rätsel der Physik. Um es zu lösen, müssen Astronomen die Expansion des Kosmos extrem präzise vermessen. Dafür nutzen sie sogenannte Supernovas vom Typ Ia – gewaltige Sternexplosionen, die alle ähnlich hell leuchten. Vergleicht man ihre tatsächliche Helligkeit mit der von der Erde aus beobachteten, lässt sich ihre Entfernung berechnen. Diese Methode war entscheidend für die Entdeckung der Dunklen Energie.

Doch es gibt ein Problem: Die Supernovas sind nicht alle identisch. Ihre Helligkeit wird unter anderem von der Galaxie beeinflusst, in der sie stattfinden. Bisherige Korrekturverfahren waren relativ grob und begrenzten die Genauigkeit der Messungen. Ein Team der Universität Barcelona hat nun einen neuen Ansatz entwickelt, der diese Einschränkung überwindet. Die Forscher stellten ein Modell namens CIGaRS vor, das alle relevanten Faktoren gleichzeitig berücksichtigt: die Explosion selbst, die Eigenschaften der Wirtsgalaxie, den Staub, der das Licht verändert, und sogar die Expansion des Universums. Das Besondere: Statt teurer Spektralanalysen nutzt das Verfahren hauptsächlich Bilddaten.

Um die enorme Rechenleistung zu bewältigen, setzen die Wissenschaftler auf Künstliche Intelligenz. Sie erzeugen zunächst Tausende simulierte Universen und trainieren ein neuronales Netz darauf, die Zusammenhänge zwischen den simulierten Beobachtungen und den physikalischen Parametern zu lernen. Das trainierte System kann dann aus echten Aufnahmen die wahrscheinlichsten Werte für Entfernung und andere Größen ableiten. Die Ergebnisse sind beeindruckend: Die Methode liefert Entfernungsmessungen, die fast so genau sind wie die teuren Spektralanalysen – und das allein aus Bildern.

Diese Fähigkeit ist entscheidend für die Zukunft der Astronomie. Das Vera-C.-Rubin-Observatorium in Chile, das in den nächsten Jahren seinen Betrieb aufnehmen soll, wird in einer einzigen Himmelsdurchmusterung Millionen von Supernovas entdecken. Nur ein winziger Bruchteil davon könnte mit herkömmlichen Methoden spektroskopisch untersucht werden. CIGaRS wurde genau für diese Datenflut entwickelt. Die Forscher schätzen, dass ihr Ansatz die Genauigkeit kosmologischer Messungen um den Faktor vier verbessern könnte. Das wäre ein großer Schritt, um endlich zu verstehen, was die Dunkle Energie ist und wie sie das Schicksal des Universums bestimmt.