Neue Hubble-Messung bestätigt: Universum expandiert schneller als es sollte


Schaubild zur Hubble-Messung der Ausdehnung des Universums.

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Copyright: NASA/ESA, A. Feild (STScI) und A. Riess (STScI/JHU)

Baltimore (USA) – Astronomen haben mit dem Weltraumteleskop “Hubble” jenes Phänomen vermessen, das einst von dem Astronom erstmals beobachtet wurde, nachdem es benannt wurde: Die Expansion des Universums. Die bislang präziseste Messung der sogenannten Hubble-Konstante bestätigt erneut, dass unser Universum schneller expandiert als es dies auf der Grundlage der bisherigen Kenntnisse der Physik eigentlich sollte. Erneut scheint sich zu bestätigen: Entweder sind diese Messungen falsch oder die Ausdehnung des Universums wird von einer unbekannten Kraft vorangetrieben.

Wie das Team um Prof. Adam Riess vom Space Telescope Science Institute (STScI) im “The Astrophysical Journal” berichten werden, ist es zwar möglich, anhand der sogenannten Rotverschiebung im Spektrum des Lichts der Galaxien jene Rate exakt zu vermessen, mit der sich die Galaxien im Universum voneinander fortbewegen. Wie weit diese Galaxien jedoch tatsächlich von uns entfernt sind, ist schon deutlich schwerer genau messbar, bedient sich die Messmethode doch der Helligkeit bekannter Sterne und Supernovae, sogenannter kosmischer Standardkerzen, deren Helligkeit miteinander verglichen und damit die Entfernung ermittelt werden kann.

Erst 2011 hatte sich Riess den Physik-Nobelpreis für die Entdeckung eines sich mit zunehmender Geschwindigkeit ausdehnenden Universums als indirekten Hinweis auf die Existenz der Dunklen Energie geteilt.

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Mit Hubble gelang den Astronomen nun die bislang genaueste Vermessung bestimmter Standardkerzen und damit die Berechnung der sogenannte Hubble-Konstante als Ausdehnungsrate des Universums mit nun 73 Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec – will sagen: Pro Millionen zusätzlicher Parsec (3,3 Millionen Lichtjahre) entfernt von uns, bewegt sich eine dortige Galaxie mit einer um 73 Kilometer pro Sekunde zunehmenden Beschleunigung von uns fort.

Für die bisherige Physik ist diese Beschleunigung nun jedoch ein großes Problem – liegt sie doch um 9 Prozent über dem Wert von 67 bis maximal 69 Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec, wie er anhand jüngster Vermessungen aus der Zeit unmittelbar nach dem Urknall, anhand der kosmischen Hintergrundstrahlung mit Hilfe des Planck-Satelliten gemessen wurde und wie sie sich seit der Entstehung des Universums eigentlich nicht verändert haben sollte.

Schon frühere Vermessungen der Hubble-Konstante hatten nahe gelegt, dass diese über dem Wert der Planck-Daten liegt (…GreWi berichtete, siehe weiterführende Links am Ende dieser Meldung), doch stritten Astrophysiker über die Genauigkeit dieser Messungen.

In ihrer neuen Studie nutzen die Wissenschaftler um Riess eine neue Methode, um die Helligkeit der Cepheiden, und damit Standardkerzen, anhand derer die Distanz relativ naher Galaxien vermessen werden kann. Mit Hubble gelang es dem Team nun, die früheren Ungenauigkeiten in den Messungen auf nur noch 2,3 Prozent zu reduzieren.

Anhand der neuen Präzision reduziert sich somit die Wahrscheinlichkeit, dass die Expansionsrate des frühen Universums mit seiner heutigen übereinstimmt auf 1:5.000 weshalb die Astrophysiker nun mit großer Wahrscheinlichkeit Messfehler als Erklärung für die Abweichungen ausschließen.

Sollten sich nun also die neuesten Messungen bestätigen, so müssen wir unser bisherigen Bild der Physik mit Bezug auf den universellen Großmaßstab massiv überdenken.

Bislang haben unterschiedliche Wissenschaftler schon ebenso unterschiedliche Erklärungen zur Diskussion gestellt: Eine dieser Theorien vermutet, dass besagte Dunkle Energie, die laut Riess und Nobelpreiskollegen die Ausdehnung des Universums antreiben soll, selbst beschleunigt wird. Auf diese Weise würde sich das Universum nicht nur schneller ausdehnen, sondern dies auch mit einer in sich selbst ebenfalls beschleunigten Rate tun. Da wir bislang nur wenig über die postulierte Dunkle Energie (nicht zu verwechseln mit der Dunklen Materie) wissen, kann ein solcher, bislang unbekannter Effekt also nicht ausgeschlossen werden.

Eine andere Theorie schlägt die Existenz eines bislang noch unbekannten subatomaren Teilchens vor, das zwar mit der Gravitation, nicht aber mit den anderen bekannten Grundkräften interagiert. Solche sogenannten sterilen Neutrinos (…GreWi berichtete) könnten sich mit annähernder Lichtgeschwindigkeit fortbewegen und so die Entwicklung des Universums beeinflussen.

Allerdings könnten die neuen Messungen auch dadurch erklärt werden, dass die Astronomen die Wechselwirkung zwischen Dunkler Materie mit dem direkt beobachtbaren Universum unterschätzt haben.

Alle der von Riess beschriebenen Szenarien würden nun aber die Inhalte des frühen Universums verändern und damit zu Widersprüchen mit den derzeitigen theoretischen Modellen führen, die dann wiederum zu einem falschen Wert der Hubble-Konstante führen würden, wie sie anhand der Planck-Beobachtungen des frühen Kosmos ermittelt wurden – und das würde dann wiederum jenem Wert widersprechen, der nun anhand der Hubble-Beobachtungen ermittelt wurde.

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