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HUBBLE-KONSTANTE
Universum expandiert schneller als erwartet
von Stefan Deiters
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3. Juni 2016

Die Entfernungsbestimmung im All ist noch immer ein schwieriges Unterfangen: Mithilfe des Weltraumteleskops Hubble haben Astronomen nun die Entfernung zu zahlreichen Galaxien mit bislang unerreichter Genauigkeit ermittelt. So stellten sie fest, dass das Universum gegenwärtig offenbar schneller expandiert als eigentlich erwartet.

UGC 9391

UGC 9391 in etwa 130 Millionen Lichtjahren Entfernung war eine der Galaxien, die die Astronomen für ihre Studie nutzten: Mit Kreisen markiert sind Cepheiden, das Kreuz zeigt die Position einer Supernova vom Typ Ia. Bild: NASA, ESA und A. Riess (STScI/JHU)  [Großansicht]

Das Universum dehnt sich offenbar fünf bis neun Prozent schneller aus, als man zuvor berechnet hatte. Das ist das Ergebnis von neuen Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Hubble, durch die die Entfernung zu zahlreichen Galaxien genauer bestimmt werden konnte, als jemals zuvor.

"Dieser überraschende Fund könnte uns einen wichtigen Hinweis darauf geben, um was es sich bei den mysteriösen Bestandteilen des Universums handelt, die 95 Prozent von allem ausmachen und kein Licht aussenden - wie Dunkle Energie, Dunkle Materie und Dunkle Strahlung", so Adam Riess vom Space Telescope Science Institute und der Johns Hopkins University. Riess, der die aktuelle Untersuchung leitete, erhielt 2011 den Physik-Nobelpreis für die Entdeckung der Dunklen Energie.

Eine mögliche Erklärung für die unerwartet schnelle Expansion des Universums könnte, so die Forscher, eine neue Art von subatomaren Teilchen sein, die die Energiebilanz im jungen Universum beeinflusst - die Dunkle Strahlung.

Die Entdeckung machte das Team bei einer genauen Bestimmung der Hubble-Konstante, die ein Maß für die Expansionsgeschwindigkeit des Universums darstellt. Diese Hubble-Konstante bestimmten sie mit einer Ungenauigkeit von nur 2,4 Prozent - auf 73,02 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec. Ein Megaparsec sind 3,26 Millionen Lichtjahre.

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Das Problem ist nicht der neue Wert an sich, sondern die Tatsache, dass er nicht zu der Expansionsgeschwindigkeit passt, die man für die Zeit direkt nach dem Urknall ermittelt hat. Solche Messungen wurden etwa mithilfe der Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) und dem Satelliten Planck gemacht, die die Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, also eine Art "Echo des Urknalls", mit großer Präzision kartiert haben.

Der Vergleich der Werte nach dem Urknall mit den von Hubble für unser aktuelles Universum bestimmten Werten lässt sich, so Riess, mit dem Bau einer Brücke vergleichen: "Man beginnt an zwei Enden und in der Mitte, wenn alle Konstruktionszeichnungen und Messungen korrekt waren, sollte man sich treffen. Jetzt stellt sich heraus, dass sich beide Ende nicht wirklich in der Mitte treffen und wir wollen wissen, warum das so ist."

Entfernungen im All ermitteln Astronomen mit Hilfe verschiedener Entfernungsindikatoren, aus denen sich die sogenannte Entfernungsleiter bildet. Eine der wichtigsten Entfernungsindikatoren sind 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.

Für nahegelegene Objekte lässt sich die Entfernung zudem geometrisch mithilfe ihrer Parallaxe bestimmen. Dank der Wide Field Camera 3 von Hubble gelang es nun, die Entfernung von Cepheiden bis in eine bislang unerreichte Distanz direkt durch ihre Parallaxe zu messen und auf diese Weise die Cepheiden als Entfernungsindikatoren noch gründlicher zu eichen.

In Galaxien, in denen sich sowohl Supernovae als auch Cepheiden finden lassen, glichen die Astronomen dann diese beiden Entfernungsindikatoren aneinander ab und bestimmten schließlich mit dieser so verbesserten Entfernungsleiter die Entfernung von 300 entfernteren Supernova-Explosionen. Aus der zugehörigen Rotverschiebung der entfernten Systeme, die sich durch die Expansion des Universums erklärt, konnte dann die Hubble-Konstante neu berechnet werden.

Das Team hofft, die Hubble-Konstante bald mit einer Ungenauigkeit von nur noch einem Prozent bestimmen zu können. Über ihre aktuellen Messungen berichten sie in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift The Astrophysical Journal erschienen ist.

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siehe auch
  Spitzer: Expansion des Universums neu vermessen - 4. Oktober 2012
Hubble: Hubble-Konstante mit neuer Genauigkeit - 8. Mai 2009
Hubble-Konstante: Beachtliche Diskrepanz - 27. September 1999
Hubble-Konstante: Ein oder zwei Füße - 26. Mai 1999
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
spacetelescope.org, Hubble-Seiten der ESA
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