Hubble-Messungen deuten darauf hin, dass die Unterschiede in den Berechnungen der Hubble-Konstanten kein Zufall sind

Hubble-Messungen deuten darauf hin, dass die Unterschiede in den Berechnungen der Hubble-Konstanten kein Zufall sind

Hubbles Messungen der heutigen Expansionsrate stimmen nicht mit der Rate überein, die aufgrund der Erscheinung des Universums kurz nach dem Urknall vor über 13 Milliarden Jahren erwartet wurde. Anhand neuer Daten des NASA/ESA-Weltraumteleskops Hubble haben Astronomen die Wahrscheinlichkeit, dass diese Diskrepanz ein Zufall ist, deutlich verringert.

Mithilfe neuer Beobachtungen des NASA/ESA-Weltraumteleskops Hubble haben Forscher die Grundlagen der kosmischen Entfernungsleiter verbessert, die zur Berechnung genauer Entfernungen zu nahen Galaxien verwendet wird. Dies geschah durch die Beobachtung pulsierender Sterne, die als Cepheid-Variablen bezeichnet werden, in einer benachbarten Satellitengalaxie, die als Große Magellansche Wolke bekannt ist und jetzt auf 162.000 Lichtjahre Entfernung berechnet wird. Bei der Definition der Entfernungen zu immer weiter entfernten Galaxien werden diese Cepheiden-Variablen als Meilensteine verwendet. Forscher verwenden diese Messungen, um zu bestimmen, wie schnell sich das Universum im Laufe der Zeit ausdehnt, ein Wert, der als Hubble-Konstante bekannt ist.

Vor dem Start von Hubble im Jahr 1990 variierten die Schätzungen der Hubble-Konstante um den Faktor zwei. In den späten 1990er Jahren verfeinerte das Schlüsselprojekt des Hubble-Weltraumteleskops zur extragalaktischen Entfernungsskala den Wert der Hubble-Konstante auf 10 Prozent und erreichte damit eines der Hauptziele des Teleskops. Im Jahr 2016 entdeckten Astronomen, die Hubble verwendeten, dass das Universum zwischen fünf und neun Prozent schneller expandiert als zuvor berechnet, indem sie die Messung der Hubble-Konstante verfeinerten und die Unsicherheit weiter auf nur 2,4 Prozent reduzierten. 2017 unterstützte eine unabhängige Messung diese Ergebnisse. Diese neueste Forschung hat die Unsicherheit in ihrem Hubble-Konstantenwert auf beispiellose 1,9 Prozent reduziert.

Diese Forschung deutet auch darauf hin, dass die Wahrscheinlichkeit, dass diese Diskrepanz zwischen Messungen der heutigen Expansionsrate des Universums und dem erwarteten Wert basierend auf der Expansion des frühen Universums ein Zufall ist, nur 1 zu 100.000 beträgt, eine signifikante Verbesserung gegenüber einer früheren Schätzung von 1 Zoll aus dem letzten Jahr 3.000.

„Die Hubble-Spannung zwischen dem frühen und späten Universum könnte die aufregendste Entwicklung in der Kosmologie seit Jahrzehnten sein“, sagte der leitende Forscher und Nobelpreisträger Adam Riess vom Space Telescope Science Institute (STScI) und der Johns Hopkins University in Baltimore, USA. „Diese Diskrepanz ist gewachsen und hat jetzt einen Punkt erreicht, der wirklich unmöglich als Zufall abgetan werden kann. Diese Ungleichheit kann nicht plausibel zufällig auftreten.“

Da die Messungen des Teams immer präziser wurden, stimmte ihre Berechnung der Hubble-Konstante nicht mit dem erwarteten Wert überein, der aus Beobachtungen der Expansion des frühen Universums abgeleitet wurde, die vom Planck-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation gemacht wurden. Diese Messungen bilden ein Überbleibsel des Urknalls ab, das als kosmischer Mikrowellenhintergrund bekannt ist, was Wissenschaftlern dabei hilft, vorherzusagen, wie sich das frühe Universum wahrscheinlich zu der Expansionsrate entwickelt hätte, die Astronomen heute messen können.

Die neue Schätzung der Hubble-Konstante beträgt 74,03 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec. (Das bedeutet, dass sich eine Galaxie alle 3,3 Millionen Lichtjahre weiter von uns entfernt als Folge der Expansion des Universums um etwa 74 Kilometer pro Sekunde schneller zu bewegen scheint.) Die Zahl zeigt an, dass sich das Universum ausdehnt mit einer Rate von etwa 9 Prozent schneller als die von Plancks Beobachtungen des frühen Universums implizierte, die einen Wert für die Hubble-Konstante von 67,4 Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec ergeben.

Um zu dieser Schlussfolgerung zu gelangen, analysierten Riess und sein Team das Licht von 70 Cepheiden-Variablen in der Großen Magellanschen Wolke. Da diese Sterne mit vorhersagbaren Raten heller und dunkler werden und uns die Perioden dieser Schwankungen ihre Leuchtkraft und damit ihre Entfernung angeben, verwenden Astronomen sie als kosmische Meilensteine. Das Team von Riess verwendete eine effiziente Beobachtungstechnik namens Drift And Shift (DASH) mit Hubble als „Point-and-Shoot“-Kamera, um schnelle Bilder der hellen Sterne aufzunehmen. Dies vermeidet den zeitaufwändigeren Schritt, das Teleskop mit Leitsternen zu verankern, um jeden Stern zu beobachten. Die Ergebnisse wurden mit Beobachtungen desAraucaria-Projekts kombiniert, einer Zusammenarbeit zwischen Astronomen von Institutionen in Europa, Chile und den Vereinigten Staaten, um die Entfernung zur Großen Magellanschen Wolke zu messen, indem sie die Lichtabschwächung beobachteten, wenn ein Stern vor ihr vorbeizieht sein Partner in einem Doppelsternsystem.

Da kosmologische Modelle darauf hindeuten, dass die beobachteten Werte der Expansion des Universums die gleichen sein sollten wie die aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund bestimmten, könnte neue Physik erforderlich sein, um die Ungleichheit zu erklären. „Früher sagten Theoretiker zu mir: ‚Das kann nicht sein. Es wird alles kaputt machen.' Jetzt sagen sie: ‚Wir könnten das tatsächlich tun'“, sagte Riess.

Verschiedene Szenarien wurden vorgeschlagen, um die Diskrepanz zu erklären, aber es gibt noch keine abschließende Antwort. Eine unsichtbare Form von Materie, die dunkle Materie genannt wird, könnte stärker mit normaler Materie interagieren, als Astronomen bisher angenommen hatten. Oder vielleicht ist dunkle Energie , eine unbekannte Energieform, die den Weltraum durchdringt, für die Beschleunigung der Expansion des Universums verantwortlich.

Obwohl Riess keine Antwort auf diese verwirrende Diskrepanz hat, beabsichtigen er und sein Team, Hubble weiterhin zu verwenden, um die Unsicherheit in ihrer Messung der Hubble-Konstante zu verringern, die sie auf 1 Prozent zu verringern hoffen.

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert

Back to top