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GRAVITATIONSLINSEN
Alter des Universums, neu berechnet
Redaktion / Pressemitteilung der Universität Bonn 
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1. März 2010

Ein internationales Astronomenteam hat jetzt das Alter des Universums neu berechnet. Sie verwendeten dazu ein vergleichsweise neues Verfahren, bei dem Helligkeitsschwankungen um eine Gravitationslinse ausgewertet werden. Das so ermittelte Alter des Weltalls stimmt gut mit dem auf anderem Weg bestimmten Wert überein. Auch die Krümmung des Raums und den Anteil der dunklen Energie ermittelte das Team.

B1608+656

Das Gravitationslinsensystem B1608+656, aufgenommen mit der Advanced Camera for Surveys an Bord des Weltraumteleskops Hubble. Die Bilder der Quellgalaxie sind hier mit A-D bezeichnet, die beiden Linsengalaxien mit G1 und G2. Bild: NASA / STScI, ESA, S. H. Suyu (University of Bonn), P. J. Marshall (Stanford University)   [Großansicht]

Unser Universum ist 13,75 Milliarden Jahre alt - so lautet das - wenig überraschende - Ergebnis einer neuen Studie die Forscher der Universität Bonn gemeinsam mit Kollegen der US-Universitäten Stanford und Kalifornien sowie der Universität im niederländischen Groningen durchgeführt haben. Die Wissenschaftler werteten dazu Bilder des Weltraumteleskops Hubble aus und berücksichtigten dabei mehr Faktoren als frühere Studien. Ihr Wert für das Alter des Universums kommt, so die Autoren, der Wirklichkeit daher besonders nahe. Die Ergebnisse werden in Kürze in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal veröffentlicht.

Das Forscherteam hat mit Hilfe sogenannter Gravitationslinsen die Hubble-Konstante bestimmt. Diese beschreibt, wie schnell sich unser Universum ausdehnt. Daraus lässt sich ableiten, wie viel Zeit seit dem Urknall vergangen ist. Bisher galt die Gravitationslinsen-Methode als verhältnismäßig unpräzise.

Dr. Sherry Suyu von der Universität Bonn und ihre Kollegen konnten nun jedoch die Konstante mit einer Genauigkeit von sieben Prozent bestimmen - auf 69,7 km/s/Mpc. Für das Alter des Kosmos heißt das: "Nach unseren Berechnungen ist das Universum 13,75 Milliarden Jahre alt", so Suyu, "maximal 170 Millionen Jahre älter oder 150 Millionen Jahre jünger."

Um die Hubble-Konstante zu ermitteln, müssen die Forscher wissen, wie weit eine Galaxie von uns entfernt ist und wie schnell sie sich von uns fortbewegt. Letzteres lässt sich anhand der Rotverschiebung ermitteln: Je schneller sich eine Galaxie wegbewegt, desto stärker sind die Wellenlängen des Lichts, das von ihr ausgeht, in den rötlichen Bereich verschoben. Die absolute Entfernung der Erde zu einer fremden Galaxie zu ermitteln, ist dagegen sehr viel komplizierter.

Das internationale Team benutzte dafür eine noch relativ junge Methode: Sie betrachteten eine Galaxie - die so genannte Quelle -, die hinter zwei anderen, nah beieinander liegenden, massereichen Galaxien liegt. Die starke Gravitation dieser Galaxien krümmt den Raum. Bewegt sich Licht von der Quelle nahe an den Galaxien vorbei, wird es durch die Schwerkraft ähnlich wie von einer Linse abgelenkt. Astronomen sprechen daher auch von Gravitationslinsen.

Als Folge sehen wir die Quelle nicht einmal, sondern gleich mehrmals am Himmel, da das Licht auf unterschiedlichen Wegen um die Linsengalaxien herum zu uns gelangen kann. "In unserem Fall gab es vier Abbilder der Quelle, die ringförmig um die Linse herum erschienen", erklärt Suyu. Die Quellgalaxie selbst veränderte mit der Zeit ihre Helligkeit. Diese Helligkeitsänderung zeigte sich auch in den vier Bildern - allerdings zu unterschiedlichen Zeiten: "Die Wege, die das Licht der Quellgalaxie durch die Linse nehmen kann, sind unterschiedlich lang", sagt Suyu. "Daher hellte zuerst dieses Bild unten links auf. Etwa 30 Tage später wurde das Abbild oberhalb der Linse heller." Aus dem Zeitunterschied zwischen den vier Bildern konnten die Astronomen die Entfernung zur Quelle ermitteln.

Dr. Phil Marshall vom Kavli-Institut für Astroteilchenphysik und Kosmologie der Universität Stanford in Kalifornien erläutert: "Wenn wir wissen, wie die Linse beschaffen ist, können wir vorhersagen, wie lange das Licht der vier Bilder für seinen Weg von der Quelle durch die Linse zu uns jeweils braucht. Vergleichen wir diese Werte mit dem Zeitunterschied, den wir bei den vier flackernden Bildern tatsächlich beobachten, wissen wir, wie weit die Linsengalaxie und die Quelle von uns entfernt sind."

Erstmalig hat das Team in seine Berechnungen auch alle anderen Galaxien mit einbezogen, die zwischen der Erde und der Quelle liegen. "Ohne diese zusätzlichen Massen erhält man für die Hubble-Konstante einen zu hohen Wert", erklärt Dr. Stefan Hilbert, ein Kollege Suyus am Bonner Argelander-Institut. Das Universum würde dann jünger geschätzt, als es tatsächlich ist.

Forscher vor ihnen haben bei der Berechnung der Hubble-Konstante meist einfach vorausgesetzt, dass das Universum flach und nicht gekrümmt ist. Suyu und ihre Kollegen haben jetzt berechnet, dass diese Annahme tatsächlich stimmt. Und auch über die mysteriöse dunkle Energie, die das Universum immer schneller expandieren lässt, konnten sie eine Aussage machen: "Unsere Berechnungen haben ergeben, dass unser Universum zu 72 Prozent aus dunkler Energie besteht, wie auch immer sie aussehen mag", so Suyu. "Der Rest ist die gewöhnliche Materie, die wir kennen, und Dunkle Materie, nach der unter anderem Forscher am Genfer CERN suchen."

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siehe auch
Hubble: Hubble-Konstante mit neuer Genauigkeit - 8. Mai 2009
Kosmologie: Expansion durch Dunkle Energie bestätigt - 1. Februar 2008
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Hubble-Konstante: Beachtliche Diskrepanz - 27. September 1999
Hubble-Konstante: Ein oder zwei Füße - 26. Mai 1999
Links im WWW
Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn
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