Die Hubble-Konstante ist eine Einheit, die beschreibt, wie schnell sich das Universum in unterschiedlichen Entfernungen von einem bestimmten Punkt im Raum ausdehnt. Es ist einer der Grundpfeiler unseres Verständnisses der Evolution des Universums - und Forscher stecken in einer Debatte über seinen wahren Wert.
Wie die Hubble-Konstante entdeckt wurde
Die Hubble-Konstante wurde erstmals in den 1920er Jahren vom amerikanischen Astronomen Edwin Hubble berechnet. Er entdeckte, dass unscharfe, wolkenähnliche Himmelsobjekte laut NASA entfernte Galaxien waren, die außerhalb unserer eigenen Milchstraßengalaxie saßen.
Zuvor hatte die amerikanische Astronomin Henrietta Leavitt gezeigt, dass spezielle Sterne, sogenannte Cepheid-Variablen, deren Leuchtkraft regelmäßig steigt und fällt, eine enge Korrelation zwischen der Periode ihrer Variation und ihrer intrinsischen Helligkeit aufweisen. Durch das Wissen, wie hell eine Cepheid wirklich ist und wie schwach ihr Licht von der Erde aus gesehen erscheint, konnte Hubble die Entfernung der Cepheid ableiten.
Was Hubble fand, war bemerkenswert. Alle Galaxien im Universum schienen sich von unserem Planeten zu entfernen. Je weiter eine Galaxie entfernt war, desto schneller ging sie zurück. Diese Beobachtung, die Hubble 1929 machte, wurde zur Grundlage für das sogenannte Hubble-Gesetz, das besagt, dass es einen Zusammenhang zwischen der Entfernung eines Objekts im Kosmos von uns und der Geschwindigkeit gibt, mit der es nach Angaben eines Erklärers zurückgeht von der Cornell University.
Die Erde befindet sich übrigens nicht an einem privilegierten Ort im Zentrum des Universums. Jeder Beobachter an jedem Ort im Kosmos wird sehen, dass sich himmlische Wesenheiten mit einer Geschwindigkeit entfernen, die mit der Entfernung zunimmt.
Mit seinen Daten versuchte Hubble, die Konstante zu schätzen, die seinen Namen trägt, und ergab einen Wert von rund 342.000 Meilen pro Stunde pro Million Lichtjahre oder 501 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec (Mpc) in Einheiten von Kosmologen. (Ein Megaparsec entspricht 3,26 Millionen Lichtjahren.) Genauere moderne Techniken haben diese anfängliche Messung verfeinert und gezeigt, dass sie etwa zehnmal zu hoch war.
Warum sich die Hubble-Konstante ständig ändert
Aber genau, wie viel Hubble davon entfernt war, bleibt umstritten. In den neunziger Jahren entdeckten Astronomen, dass entfernte Supernovae dunkler und daher weiter entfernt waren, als sie zuvor vermutet hatten. Dieser Befund zeigte, dass sich das Universum nicht nur ausdehnte, sondern auch beschleunigte. Das Ergebnis erforderte die Zugabe von dunkler Energie - einer mysteriösen Kraft, die alles im Kosmos auseinander drückt - in die Modelle des Universums der Kosmologen.
Nach dieser Überraschung versuchten die Forscher, die Geschwindigkeit der kosmischen Beschleunigung zu bestimmen, um herauszufinden, wie das Universum begann und sich entwickelte und wie sein letztes Schicksal aussehen wird. Daten von Cepheid-Variablen und anderen astrophysikalischen Quellen errechneten für 2016 eine Hubble-Konstante von 50.400 mph pro Million Lichtjahre (73,4 km / s / Mpc).
Eine alternative Nummer wurde jedoch unter Verwendung von Informationen aus dem Planck-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation abgeleitet. Das Raumschiff hat in den letzten 10 Jahren Messungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds durchgeführt - ein Echo aus dem Urknall, das Daten über die grundlegenden Parameter des Universums enthält. Planck stellte fest, dass die Hubble-Konstante 2018 46.200 Meilen pro Million Lichtjahre (67,4 km / s / Mpc) betrug.
Die beiden Werte scheinen nicht sehr unterschiedlich zu sein. Aber jedes ist außerordentlich präzise und sie enthalten keine Überlappung zwischen ihren Fehlerbalken. Wenn die Cepheid-Schätzung falsch ist, bedeutet dies, dass alle Entfernungsmessungen der Astronomen seit den Tagen von Hubble falsch waren. Wenn die zweite Schätzung falsch ist, müsste neue und exotische Physik in die Modelle der Physiker des Universums eingeführt werden. Bisher war kein Team von Wissenschaftlern, das die Zahlen ermittelt hat, bereit, größere Messfehler zuzugeben.
Im Juli 2019 verwendeten Astronomen eine neuartige Technik, um eine neue Berechnung der Hubble-Konstante zu entwickeln. Die Forscher untersuchten das Licht roter Riesensterne, die am Ende ihres Lebens alle die gleiche Spitzenhelligkeit erreichen. Dies bedeutet, dass Astronomen wie bei den Cepheiden beobachten können, wie dunkelrote Riesensterne von der Erde erscheinen, und ihre Entfernung abschätzen können. Der neue Wert lag genau zwischen den beiden alten - 47.300 Meilen pro Million Lichtjahre (69,8 km / s / Mpc) -, aber Wissenschaftler haben den Sieg noch nicht ganz erklärt.
"Wir wollten einen Tiebreaker machen", sagte Barry Madore, Astronom an der Universität von Chicago und Mitglied des Teams, das die neuesten Messungen durchgeführt hat, gegenüber Live Science. "Aber es wurde nicht gesagt, dass diese oder jene Seite richtig ist. Es wurde gesagt, dass es viel mehr Slop gab, als alle vorher dachten."
Die Debatte geht weiter. Einige haben vorgeschlagen, dass das Laserinterferometer-Gravitationswellen-Observatorium (LIGO), das Wellen in der Raum-Zeit-Struktur untersucht, die von entfernten Neutronensternen erzeugt werden, die ineinander stoßen, einen weiteren unabhängigen Datenpunkt liefern könnte. Andere suchen nach Gravitationslinsen, die auftreten, wenn sich extrem massive Objekte wie eine Lupe biegen und die Raumzeit verziehen und einen Blick auf noch weiter entfernte Objekte werfen, um die Diskrepanz zu beseitigen. Aber im Moment ist niemand ganz sicher, wo und wann die endgültige Antwort auf die Hubble-Konstante erscheinen wird.
