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KOSMOLOGIE
Leben wir in einer Hubble-Bubble?
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Heidelberg
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27. August 2013

Die Hubble-Konstante ist eine der fundamentalen Werte in der Kosmologie und ein Maß für die Expansion des Universums. Unterschiedliche Messverfahren ergeben jedoch leicht verschiedene Werte für diese Konstante. Jetzt liefern theoretische Physiker eine mögliche Erklärung für die Diskrepanz: Wir leben in einem untypischen Bereich des Universums, in einer Hubble-Bubble.

Hubble Deep Field
 
Ist das Universum in unserer Umgebung typisch oder Leben wir in einer Hubble-Bubble? Bild: STScI / NASA

Der von uns beobachtbare Teil des Universums expandiert seit dem Urknall und dehnt sich bis heute stetig weiter aus. Dies führt dazu, dass sich Galaxien von unserer Milchstraße entfernen. Die aktuelle Geschwindigkeit dieses Wachstums wird durch die Hubble-Konstante beschrieben. Sie zu bestimmen, gehört zu den Aufgaben der modernen Kosmologie, da sie unter anderem für die Berechnung grundlegender Eigenschaften des Universums, wie etwa seines Alters, bedeutsam ist.

Für die Bestimmung der Hubble-Konstante gibt es zwei gebräuchliche Messmethoden, deren Ergebnisse jedoch nicht deckungsgleich sind. "Dies führt in der Wissenschaft seit langem zu intensiven und anhaltenden Diskussionen", so Dr. Valerio Marra vom Institut für Theoretische Physik der Universität Heidelberg.

Ein Weg, die Hubble-Konstante und damit die Expansionsrate des Universums zu bestimmen, beruht darauf, die als kosmischer Mikrowellenhintergrund bekannte Strahlung im Weltall zu messen. Diese wurde rund 400.000 Jahre nach dem Urknall freigesetzt und durchzieht das gesamte Universum. Messergebnisse aus dieser uralten Strahlung ermittelte vor wenigen Monaten das Weltraumteleskop Planck der ESA (astronews.com berichtet). Im Vergleich dazu lässt sich die Hubble-Konstante ebenfalls aus der - größtenteils auf die Expansion des Universums zurückgehenden - Bewegung von Galaxien in der Nachbarschaft der Milchstraße ableiten.

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"Vergleicht man die Messwerte beider Methoden, ergibt sich eine Abweichung von rund neun Prozent", so Marra. Auf der Suche nach einer Erklärung dieses Unterschieds der Daten gingen die Heidelberger Forscher davon aus, dass es sich nicht um einen bisher unerkannten Messfehler handelt, sondern die Abweichungen auf einen physikalischen Effekt zurückgehen. Eine Ursache dafür könnte nach Ansicht Marras die Existenz von Hubble-Bubbles, also Hubble-Blasen sein. Hiermit werden Regionen im Universum bezeichnet, in denen die Dichte der Materie unter dem kosmischen Mittelwert liegt.

"Die Kenntnis unserer kosmischen Nachbarschaft ist bisher zu ungenau, um feststellen zu können, ob wir uns in solch einer Blase befinden", so Marra. "Nehmen wir jedoch einmal an, dass unsere Milchstraße in einer Hubble-Bubble liegt. Dann würde die Materie außerhalb der Blase die Galaxien in unserer Nachbarschaft stark anziehen, so dass sich diese überdurchschnittlich stark bewegen. In diesem Fall würden wir eine erhöhte Hubble-Konstante messen, die zwar für unsere kosmologische Nachbarschaft gilt, nicht jedoch für das Universum als Ganzes."

Dies könnte, so Marra, die unterschiedlichen Messergebnisse erklären: Bei der vom Planck-Satelliten gemessenen Hubble-Konstante handele es sich dann um einen räumlichen Mittelwert, der für das Universum als Ganzes gelte. Die anhand der Galaxienbewegung bestimmte Hubble-Konstante gälte dann jedoch nur in der Umgebung der Milchstraße.

"Wer erwartet, dass die Messungen aus unserer kosmischen Nachbarschaft dieselben Ergebnisse wie die der Mikrowellenstrahlung ergeben, der nimmt dabei implizit an, dass wir in einer typischen Region des Kosmos leben. Das muss jedoch nicht sein", verdeutlicht Marras Kollege Prof. Luca Amendola, dessen Arbeitsgruppe sich seit vielen Jahren mit der Expansion des Kosmos beschäftigt. Mit ihrem Forschungsansatz können die Wissenschaftler bislang rund ein Viertel der Abweichung zwischen den beiden Hubble-Konstanten begründen. Von einer detaillierteren Analyse erwarten Marra und seine Kollegen, dass sich die Diskrepanz noch weiter reduzieren lässt.

"Bisher arbeiten wir in unserem Modell mit einer kugelförmigen Hubble-Bubble. Aber es ist viel wahrscheinlicher, dass eine solche Blase eine asymmetrische Form aufweist, wodurch sich die abweichenden Messwerte wahrscheinlich noch besser erklären lassen", sagt Dr. Ignacy Sawicki, der ebenfalls am Institut für Theoretische Physik der Universität Heidelberg forscht. "Sollte sich der Unterschied der Daten stattdessen manifestieren, wäre dies ein wichtiger Hinweis darauf, dass in der bisherigen naturwissenschaftlichen Vorstellung des Kosmos noch eine Zutat fehlt.

Über ihre Untersuchungen berichten die Physiker in einem Fachartikel in der Zeitschrift Physical Review Letters.

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siehe auch
Planck: Ein nur fast perfektes Universum - 21. März 2013
Spitzer: Expansion des Universums neu vermessen - 4. Oktober 2012
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Universität Heidelberg
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