In einer neuen Studie beschreiben der Physiker Jim Schombert von der University of Oregon und seine Kollegen detailliert, wie sie empirische Daten der Entfernungen von der Erde zu 50 Galaxien nutzten, um ein 90 Jahre altes Berechnungswerkzeug – die Hubble-Konstante – zu justieren und die Expansion des Universums zu messen.
Die Datierung des Urknalls, der Geburt des Universums, hat sich auf die Mathematik und Computermodelle gestützt, wobei Entfernungsschätzungen zu den ältesten Sternen verwendet wurden, ebenso wie Daten zum Verhalten von Galaxien und die Expansionsrate des Universums. Die Idee besteht darin zu berechnen, wie lange alle Objekte brauchen würden, um zurück zum Anfang zu reisen.
Ein wichtiger Faktor ist die Hubble-Konstante, benannt nach Edwin Hubble, dem Namensgeber des Weltraumteleskops Hubble, der die Expansionsrate des Universums erstmals im Jahr 1929 berechnete. Eine neuere Technik nutzt Beobachtungen der vom Urknall hinterlassenen Strahlung. Sie kartiert Echos in der Raumzeit und wird als kosmischer Mikrowellenhintergrund bezeichnet. Er spiegelt die Bedingungen im jungen Universum wider, die von der Hubble-Konstanten gesetzt wurden.
Die Wissenschaft hinter dieser Forschung wird Schombert zufolge von mathematischen Mustern beherrscht, die in Formeln ausgedrückt werden, welche oft zu verschiedenen Lösungen kommen. Das Alter des Universums schwankt im Rahmen der verschiedenen Szenarien zwischen zwölf und 14,5 Milliarden Jahren. „Die Distanz ist bekannterweise ein Maßstabsproblem und unglaublich schwer, weil die Distanzen zu Galaxien groß und die Signalgeber für ihre Distanzen schwach und schwer zu kalibrieren sind“, sagte er.
Schombert und seine Kollegen nutzten einen neuen Ansatz und rekalibrierten ein Distanzmesshilfsmittel, das als baryonische Tully-Fisher-Beziehung bezeichnet wird und unabhängig von der Hubble-Konstante ist. Sie nahmen die Entfernungen zu 50 Galaxien, wie sie teilweise mit Hilfe des Weltraumteleskops Spitzer bestimmt wurden, und verwendeten diese Daten, um die Distanzen zu 95 anderen Galaxien zu schätzen. Dieser Ansatz berücksichtige laut Schombert die Massen und Rotationskurven von Galaxien besser als die Daten aus früheren Gleichungen.
Schomberts Team setzte die Hubble-Konstante auf einen Wert von 75,1±2,3 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec. Ein Megaparsec, eine häufig genutzte Längeneinheit, entspricht einer Million Parsec. Ein Parsec entspricht 3,26 Lichtjahren. Alle Werte der Hubble-Konstanten kleiner als 70 km/s/Mpc können mit 95-prozentiger Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden, schrieb das Team.
Traditionelle Messtechniken haben den Wert im Laufe der letzten 50 Jahre auf 75 km/s/Mpc festgelegt, während der Ansatz mit dem kosmischen Mikrowellenhintergrund auf eine Rate von 67 km/s/Mpc kommt. Die Techniken sollten zur gleichen Schätzung gelangen. „Die Spannungen auf dem Gebiet ergeben sich aus der Tatsache, dass sie es nicht tun“, sagte er. „Dieser Unterschied liegt weit jenseits von Beobachtungsfehlern und verursacht Unruhe in der Gemeinschaft der Kosmologen.“
Berechnungen aus den Beobachtungen der Wilkinson Microwave Anisotropy Probe aus dem Jahr 2013 schätzten das Alter des Universums auf 13,77 Milliarden Jahre, was für den Moment das Standardmodell der Urknallkosmologie repräsentiert. „Unser Ergebnis von 12,6 Milliarden Jahren signalisiert, dass unser Wissen über die Physik des Universums unvollständig ist und hofft auf neue Physik in der Zukunft“, sagte er.
Co-Autoren der Studie sind Stacy McGaugh von der Case Western Reserve University in Cleveland und Federico Lelli von der Cardiff University Großbritannien. Die NASA und die National Science Foundation unterstützten die Forschung.
(THK)
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