Gerade wenn wir glauben, das Universum ziemlich gut zu verstehen, kommen einige Astronomen, um alles zu verbessern. In diesem Fall wurde etwas Wesentliches für alles, was wir wissen und sehen, auf den Kopf gestellt: die Expansionsrate des Universums selbst, auch bekannt als Hubble-Konstante.
Ein Team von Astronomen, die das Hubble-Teleskop verwenden, hat festgestellt, dass die Expansionsrate zwischen fünf und neun Prozent schneller ist als zuvor gemessen. Die Hubble-Konstante ist keine Kuriosität, die bis zum nächsten Messfortschritt zurückgestellt werden kann. Es ist ein wesentlicher Bestandteil der Natur von allem, was existiert.
"Dieser überraschende Befund könnte ein wichtiger Hinweis für das Verständnis jener mysteriösen Teile des Universums sein, die 95 Prozent von allem ausmachen und kein Licht emittieren, wie dunkle Energie, dunkle Materie und dunkle Strahlung", sagte der Studienleiter und Nobelpreisträger Adam Riess vom Space Telescope Science Institute und der Johns Hopkins University, beide in Baltimore, Maryland.
Bevor wir uns jedoch mit den Konsequenzen dieser Studie befassen, wollen wir uns ein wenig zurückziehen und untersuchen, wie die Hubble-Konstante gemessen wird.
Das Messen der Expansionsrate des Universums ist eine schwierige Angelegenheit. Wenn Sie das Bild oben verwenden, funktioniert es folgendermaßen:
- In der Milchstraße wird mit dem Hubble-Teleskop die Entfernung zu Cepheid-Variablen gemessen, einer Art pulsierendem Stern. Dazu wird die Parallaxe verwendet, und die Parallaxe ist ein grundlegendes Werkzeug der Geometrie, das auch bei der Vermessung verwendet wird. Astronomen wissen, wie hell die Cepheiden wirklich sind. Wenn man sie also mit ihrer scheinbaren Helligkeit von der Erde vergleicht, erhält man eine genaue Messung der Entfernung zwischen dem Stern und uns. Ihre Pulsationsrate stimmt auch die Entfernungsberechnung ab. Cepheid-Variablen werden aus diesem Grund manchmal als „kosmische Maßstäbe“ bezeichnet.
- Dann wenden sich Astronomen anderen nahe gelegenen Galaxien zu, die nicht nur Cepheid-Variablen enthalten, sondern auch Supernova vom Typ 1a, eine andere bekannte Art von Stern. Diese Supernovae, bei denen es sich natürlich um explodierende Sterne handelt, sind ein weiterer verlässlicher Maßstab für Astronomen. Der Abstand zu diesen Galaxien wird mithilfe der Cepheiden ermittelt, um die wahre Helligkeit der Supernovae zu messen.
- Als nächstes richten Astronomen den Hubble auf Galaxien, die noch weiter entfernt sind. Diese sind so weit entfernt, dass keine Cepheiden in diesen Galaxien gesehen werden können. Aber Supernovae vom Typ 1a sind so hell, dass sie auch in diesen enormen Entfernungen sichtbar sind. Dann vergleichen Astronomen die wahre und scheinbare Helligkeit der Supernovae, um die Entfernung zu messen, in der die Ausdehnung des Universums sichtbar ist. Das Licht der entfernten Supernovae wird durch die Ausdehnung des Raums „rot verschoben“ oder gedehnt. Wenn die gemessene Entfernung mit der Rotverschiebung des Lichts verglichen wird, ergibt sich eine Messung der Expansionsrate des Universums.
- Atme tief ein und lies das alles noch einmal.
Der große Teil von alledem ist, dass wir die Expansionsrate des Universums noch genauer messen können. Die Messunsicherheit beträgt bis zu 2,4%. Der herausfordernde Teil ist, dass diese Expansionsrate des modernen Universums nicht mit der Messung aus dem frühen Universum übereinstimmt.
Die Expansionsrate des frühen Universums ergibt sich aus der übrig gebliebenen Strahlung des Urknalls. Wenn dieses kosmische Nachleuchten mit der Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) der NASA und dem Planck-Satelliten der ESA gemessen wird, ergibt sich eine geringere Expansionsrate. Die beiden stehen also nicht in einer Reihe. Es ist wie beim Bau einer Brücke, bei der der Bau an beiden Enden beginnt und bis zur Mitte ausgerichtet sein sollte. (Vorsichtsmaßnahme: Ich habe keine Ahnung, ob Brücken so gebaut werden.)
"Sie beginnen an zwei Enden und erwarten, dass Sie sich in der Mitte treffen, wenn alle Ihre Zeichnungen stimmen und Ihre Maße stimmen", sagte Riess. "Aber jetzt treffen sich die Enden nicht ganz in der Mitte und wir wollen wissen warum."
„Wenn wir die anfänglichen Mengen an Material im Universum kennen, wie z. B. dunkle Energie und dunkle Materie, und wir die richtige Physik haben, können Sie kurz nach dem Urknall von einer Messung ausgehen und dieses Verständnis nutzen, um vorherzusagen, wie schnell sollte sich das Universum heute ausdehnen “, sagte Riess. "Wenn diese Diskrepanz jedoch anhält, scheinen wir möglicherweise nicht das richtige Verständnis zu haben, und es ändert sich, wie groß die Hubble-Konstante heute sein sollte."
Warum sich nicht alles summiert, ist der lustige und vielleicht verrückte Teil davon.
Was wir Dunkle Energie nennen, ist die Kraft, die die Expansion des Universums antreibt. Wächst die Dunkle Energie stärker? Oder wie wäre es mit Dunkler Materie, die den größten Teil der Masse im Universum ausmacht? Wir wissen, dass wir nicht viel darüber wissen. Vielleicht wissen wir noch weniger als das, und seine Natur ändert sich im Laufe der Zeit.
"Wir wissen so wenig über die dunklen Teile des Universums, dass es wichtig ist zu messen, wie sie den Raum über die kosmische Geschichte schieben und ziehen", sagte Lucas Macri von der Texas A & M University in der College Station, einem wichtigen Mitarbeiter der Studie.
Das Team arbeitet weiterhin mit dem Hubble zusammen, um die Unsicherheit bei der Messung der Expansionsrate zu verringern. Instrumente wie das James Webb-Weltraumteleskop und das europäische extrem große Teleskop könnten dazu beitragen, die Messung noch weiter zu verfeinern und dieses zwingende Problem anzugehen.
