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HUBBLE
Hubble-Konstante mit neuer Genauigkeit
von Stefan Deiters
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8. Mai 2009

Eine der wichtigsten kosmologischen Parameter ist die aktuelle Ausdehnungsrate des Universums, die sogenannte Hubble-Konstante. Die möglichst genau Messung war eines der Ziele des Hubble-Weltraumteleskops. Dank neuer Beobachtungen konnten Astronomen den Wert nun genauer als bisher festlegen, nämlich auf 74,2 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec. Der neue Wert grenzt auch die Möglichkeiten weiter ein, um was es sich bei der mysteriösen Dunklen Energie handeln könnte.

NGC 3021

Eine der beobachteten Galaxien: NGC 3021. Bild: NASA, ESA und A. Riess (STScI/JHU) [Großansicht]

Die neuen Hubble-Messungen unter Leitung von Adam Riess vom Space Telescope Science Institute und der Johns Hopkins University verschafften den Astronomen eine genauere kosmische Entfernungsskala, mit deren Hilfe sie Entfernungen auf einer Länge von einer Milliarde Lichtjahren präziser als zuvor bestimmen können und damit auch die Expansionsrate des Universums.

Entfernungen im All ermitteln Astronomen mit Hilfe verschiedener Indikatoren. Eine der wichtigsten Entfernungsindikatoren sind sogenannte Cepheiden, pulsierende Sterne mit einer ganz besonderen Eigenschaft: Die Periode mit der sie pulsieren hängt mit ihrer maximalen Leuchtkraft zusammen, so dass man daraus leicht ihre Entfernung bestimmen kann. Außerdem nutzen Astronomen noch bestimmte Supernova-Explosionen zur Entfernungsbestimmung. Diese sind meist noch in größerer Entfernung zu entdecken und werden daher für die Abschätzung großer Distanzen verwendet.

Durch die Beobachtung von Cepheiden in der Galaxie NGC 4258 konnte das Team nun diese beiden wichtigen Entfernungsindikatoren gegeneinander abgleichen. Das Team hat diese Sterne nämlich nicht nur in NGC 4258 beobachtet, sondern auch in sechs anderen Galaxien, in denen sich in jüngsten Zeit Supernovae vom Typ Ia ereignet hatten. Die Entfernung von NGC 4258 aber war bereits durch Radiobeobachtungen recht genau bekannt. 

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Durch die Hubble-Messungen konnten nun systematische Fehler, die immer passieren, wenn man mit verschiedenen Instrumenten beobachtet, ausgebügelt werden. "In etwa ist das jetzt vergleichbar mit dem Messen der Höhe eines Gebäudes mit einem sehr langen Maßband", erklärt Riess. "Das ist erheblich genauer, als wenn man ein kurzes Lineal immer wieder neu anlegt. Je höher dabei das Gebäude ist, desto größer wird der Fehler."

"Cepheiden sind das Rückgrat der Entfernungsskala, weil ihre leicht zu beobachtende Pulsationsperiode direkt mit ihrer Helligkeit zusammenhängt", ergänzt Lucas Macri, Professor für Physik und Astronomie an der Texas A&M University. "Außerdem haben wir bei unseren Messungen die Cepheiden auch im nahen Infraroten des Spektrums beobachtet, wo diese veränderlichen Sterne noch bessere Entfernungsindikatoren sind. Das hat die Skala weiter verbessert."

Kenntnisse über die Geschichte der Expansion des Universums seit kurz nach dem Urknall sind von entscheidender Bedeutung, um mehr über die Natur der Dunklen Energie zu erfahren, die nach Ansicht der Astronomen für eine beschleunigte Ausdehnung des Universums verantwortlich ist. Die frühesten Werte liegen aus Messungen von Variationen im kosmischen Mikrowellenhintergrund vor. Dank der neuen Hubble-Messungen konnte die Wissenschaftler nun neue Aussagen über die Natur der Dunklen Energie machen: Sie ähnelt der von Einstein eingeführten, später aber verworfenen kosmologischen Konstante.

"Wenn man alle Möglichkeiten, wie sich die Dunkle Energie von der kosmologischen Konstante unterscheiden kann, in einen Kiste packt, dann wäre die Kiste jetzt etwa dreimal kleiner als zuvor", vergleicht Riess. "Das ist schon einmal ein Fortschritt, aber wir haben immer noch viel zu tun, bis wir die Natur der Dunklen Energie entschlüsseln können."

Die kosmologische Konstante war erstmals von Einstein eingeführt worden, um mit seinen Gleichungen ein statisches Universum zu erhalten, was damals Stand der Forschung war. Mit Hubbles Entdeckung, dass das Weltall expandiert, war diese Idee aber vom Tisch und Einstein bezeichnete die Einführung der Konstante als seine größte Eselei. Sie erlebte allerdings eine unerwartete Renaissance als man vor etwas mehr als einem Jahrzehnt entdeckte, dass sich das Universum durch eine Dunkle Energie beschleunigt ausdehnt. Dies könnte man durch eine statische kosmologische Konstante erklären - oder aber durch ein dynamisches Feld. Riess und sein Team haben nun versucht, durch eine bessere Bestimmung der Entwicklung der Expansionsrate des Universums auch einschränkende Kriterien für die Natur der Dunklen Energie zu finden.

Noch bis in die 1990er Jahre gab es zwei Lager, die ganz unterschiedliche Werte für die Hubble-Konstante vertraten: Ein Lager favorisierte einen Wert um die 50 Kilometer pro Sekunde und Megaparsec, das andere einen Wert von um die 80 und mehr. Ein Megaparsec sind eine Millionen Parsec, eine in der professionellen Astronomie hauptsächlich verwendete Entfernungseinheit. Ein Parsec sind 3,26 Lichtjahre.    

Durch das Hubble-Teleskop konnte dann zum Ende des Jahrhunderts der Wert auf 72 festgelegt werden - mit einem Fehler von plus/minus 8. Der neue Wert liegt bei 74,2 und ist mit einem Fehler von nur noch plus/minus 3,6 doppelt so genau. Riess hofft für die Zukunft auf einen Wert mit einem Fehler von nicht mehr als einem Prozent.

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siehe auch
Kosmologie: Expansion durch Dunkle Energie bestätigt - 1. Februar 2008
Kosmologie: Ist die Dunkle Energie konstant? - 15. Oktober 2007
Kosmologie: Entdecker der Dunklen Energie ausgezeichnet - 20. Juli 2007
Galaxien: Universum größer als gedacht? - 8. August 2006
Kosmologie: Größte Dummheit ein Geniestreich? - 25. November 2005
Hubble-Konstante: Beachtliche Diskrepanz - 27. September 1999
Hubble-Konstante: Ein oder zwei Füße - 26. Mai 1999
Links im WWW
Space Telescope Science Institut - Original-Pressemitteilung
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