- Edwin Hubble entdeckte die Expansion des Universums vor fast einem Jahrhundert, aber moderne Messungen der Expansionsrate weichen voneinander ab. . Zwei konkurrierende Teams haben unterschiedliche Messungen der Hubble-Konstanten vorgenommen, was zur sogenannten Hubble-Spannung geführt hat. . Die Cepheiden-Methode zeigt eine größere Diskrepanz, während TRGB- und JAGB-Sterne näher an den theoretischen Vorhersagen liegen. . Methoden zur Messung der kosmischen Expansionsrate umfassen Cepheiden, TRGB- und JAGB-Sterne. . Das James-Webb-Weltraumteleskop bietet neue Methoden zur Verfeinerung der Hubble-Konstanten, potenziell zur Lösung der bestehenden Diskrepanzen.
Vor fast einem Jahrhundert entdeckte Edwin Hubble, dass das Universum expandiert. Moderne Messungen zur Geschwindigkeit dieser Expansion weichen jedoch voneinander ab, was darauf hindeutet, dass unser Verständnis der physikalischen Gesetze lückenhaft sein könnte. Man erwartete, dass das James-Webb-Weltraumteleskop Klarheit bringen würde. Doch eine lang ersehnte Analyse der Teleskopdaten, die am späten Montagabend veröffentlicht wurde, zeigt erneut widersprüchliche Expansionsraten aus verschiedenen Datensätzen. Gleichzeitig werden mögliche Fehlerquellen im Herzen des Konflikts herausgearbeitet.
Unterschiedliche Messungen des Hubble-Konstanten
Zwei konkurrierende Teams haben sich darum bemüht, die kosmische Expansionsrate, bekannt als Hubble-Konstante oder H0, zu messen. Ein Team, angeführt von einem Wissenschaftler der Johns Hopkins University, hat H0 konsistent etwa 8 Prozent höher als die theoretische Vorhersage gemessen. Diese Diskrepanz, bekannt als Hubble-Spannung, deutet darauf hin, dass dem theoretischen Modell des Kosmos möglicherweise etwas fehlt – eine zusätzliche Zutat oder ein Effekt, der die Expansion des Kosmos beschleunigt.
Das rivalisierende Team der University of Chicago mahnt jedoch zur Vorsicht und fordert präzisere Messungen. Ihre Messungen von H0 liegen näher an der theoretischen Vorhersage, was impliziert, dass die Hubble-Spannung möglicherweise nicht real ist. Seit das Webb-Teleskop 2022 Daten sammelt, hat die Astrophysik-Gemeinde auf eine umfassende Analyse seiner Beobachtungen gewartet. Nun liegen die Ergebnisse vor: Zwei Arten von Sternen liefern H0-Schätzungen, die mit der theoretischen Vorhersage übereinstimmen, während der dritte – derselbe Sterntyp, den auch das Team der Johns Hopkins University verwendet – den höheren H0-Wert bestätigt.
Ursachen für die Diskrepanz
Diese Diskrepanz wirft Fragen nach der Zuverlässigkeit der Methoden zur Distanzmessung auf. Eine Möglichkeit ist, dass systematische Fehler in einer oder mehreren der verwendeten Methoden existieren. Messungen basieren oft auf pulsierenden Sternen, sogenannten Cepheiden, die eine bekannte Beziehung zwischen ihrer Pulsationsrate und ihrer Helligkeit aufweisen. Diese Methode wurde von Edwin Hubble genutzt, um die Abstände zu einer Handvoll von Galaxien zu messen, was zur Entdeckung führte, dass sich weiter entfernte Galaxien schneller von uns entfernen. Dies bedeutet, dass das Universum expandiert.
Doch die Messungen der Expansionsrate haben sich seither erheblich verbessert, insbesondere durch die Verwendung des Hubble-Weltraumteleskops seit dessen Start 1990. Eine internationale Forschergruppe, geleitet von einem Wissenschaftler der Universität Chicago, stellte fest, dass die Hubble-Konstante eine Vielzahl von Werten annehmen kann, die von verschiedenen Annahmen über die Natur der Sterne und ihrer Umgebung abhängen.
Methoden der Distanzmessung
Alternativ zu Cepheiden konzentrieren sich einige Forscher nun auf „Tip-of-the-Red-Giant-Branch“ (TRGB)-Sterne, eine Art alter, leuchtstarker Sterne. Diese Sterne sind besonders nützlich, da sie sich in den äußeren Regionen der Galaxien befinden, fernab der dichter bevölkerten Regionen. Durch die Beobachtung dieser Sterne können Astronomen relative Entfernungen abschätzen.
Des Weiteren kommen Kohlenstoffreiche Riesensterne, auch JAGB-Sterne genannt, als neue Distanzindikatoren in Betracht. Diese Sterne befinden sich ebenfalls abseits der helleren Galaxienzentren und emittieren eine große Menge an Infrarotlicht. Mit der modernen Technologie des Webb-Teleskops können Astronomen sie nun bis in große Distanzen beobachten.
Das Wiederaufleben der Hubble-Spannung
Im März 2024 traf sich das Chicago-Team, um ihre Ergebnisse zu vergleichen. Alle drei verwendeten Methoden ergaben ähnliche Entfernungen innerhalb einer Unsicherheit von 3 Prozent. Die gemessenen Expansionsraten lagen nah bei der theoretischen Vorhersage von 67,4 km/s/Mpc. Doch beim genaueren Hinsehen traten Probleme auf: TRGB- und Cepheiden-Messungen zeigten größere Fehlerbereiche und wiesen auf höhere H0-Werte hin, was die Hubble-Spannung wieder aufleben ließ.
Schließlich wurden drei separate H0-Werte berechnet. Das JAGB-Verfahren ergab 67,96 km/s/Mpc und bestätigte damit das Standardmodell der Kosmologie. Die TRGB-Methode ergab einen Wert von 69,85 km/s/Mpc, was die Hubble-Spannung ebenfalls milderte. Die Cepheiden-Methode zeigte jedoch 72,05 km/s/Mpc, abhängig von den verschiedenen Annahmen über die Sterne und deren Umgebung.
Zukünftige Perspektiven
Das James-Webb-Weltraumteleskop bietet zudem neue Möglichkeiten zur Messung von H0. Unterschiedliche Methoden, wie die Beobachtung von Galaxienhaufen oder die Zeitdifferenzen von mehrfach gesichteten Supernovae, bieten Potenzial zur weiteren Verfeinerung der Werte. Beide Teams, sowohl von der Johns Hopkins University als auch von der University of Chicago, erwarten in den kommenden Jahren detailliertere Ergebnisse, die das Rätsel der Hubble-Spannung möglicherweise endgültig lösen könnten.
