Der große Streit über die Expansionsgeschwindigkeit des Universums verschärft sich mit dem James-Webb-Weltraumteleskop. Die Hubble-Spannung ist ein einzigartiges Rätsel, das Gegenstand einer der größten und umstrittensten kosmischen Debatten unserer Zeit ist.
Dieser Satz beschreibt die Tatsache, dass Wissenschaftler zwar wissen, dass sich der Kosmos in alle Richtungen ausdehnt, sie jedoch nicht genau bestimmen können, wie schnell er sich ausdehnt. Infolgedessen gibt es eine ziemlich große Lücke in unserem Wissen über das Universum.
Forscher berichteten am Dienstag (12. September), dass dies das erste Mal sei, dass sich JWST mit der Situation befasst habe, es jedoch nicht gelungen sei, Licht ins Dunkel zu bringen. Tatsächlich hat JWST dies noch konkreter gemacht.
Was ist das Problem bei der Bestimmung der Expansionsrate des Universums?
Im Wesentlichen ist es notwendig, den wahren Wert der Hubble-Konstante zu finden, einem Schlüsselfaktor bei der Bestimmung der Expansionsrate des Universums, um die Hubble-Spannung präzise zu reduzieren. Aus irgendeinem Grund scheint sich die Konstante jedoch nicht wie von unseren theoretischen Modellen vorhergesagt zu verhalten.
Den meisten Modellen zufolge sollte die Hubble-Konstante etwa 68 km/s pro Megaparsec (km/s/Mpc) betragen. Zum Vergleich: Ein Megaparsec entspricht 1,000 Parsec oder etwa 3,260 Lichtjahren.
Nach der Untersuchung von Sternen und Galaxien im gesamten Universum schätzen einige Wissenschaftler die Konstante jedoch auf 69,8 km/s/Mpc, während andere je nach Messtechnik einen Wert von bis zu 74 km/s/Mpc ermittelt haben. Andere haben Vorschläge gemacht, die irgendwo dazwischen liegen.
Diese Nichtübereinstimmung kann darauf hindeuten, dass unsere Tools nicht intelligent genug sind oder dass wir mit unseren theoretischen Vorhersagen erheblich falsch liegen. Mit anderen Worten: Könnten die Modelle fehlen, die unserem gegenwärtigen Verständnis der Welt zugrunde liegen?
Das Kavli Institute for Theoretical Physics in Kalifornien veranstaltete 2019 ein berühmtes Treffen führender Physiker, um zu versuchen, dieses Problem formal zu lösen. Die Folge waren Kopfschmerzen.
„Wir würden es nicht als Stress oder Problem bezeichnen, wir würden es als Krise bezeichnen“, sagte der Teilchenphysiker David Gross. Seitdem haben Wissenschaftler fleißig daran gearbeitet, herauszufinden, wo sie möglicherweise einen Fehler gemacht haben, und eine Liste möglicher Ursachen für den Hubble-Stamm zusammengestellt, die Sie hier einsehen können.
Zurück zu den Erkenntnissen von JWST: Das Weltraumobservatorium hat dieser Liste einen weiteren Punkt hinzugefügt. Zusammenfassend zeigte es, dass die angebliche Krise wahrscheinlich nicht auf technische Probleme mit den Messwerten seines Schwesterteleskops, dem treffend benannten Hubble-Weltraumteleskop, zurückzuführen war.
Dies ist wichtig, da Hubble-Beobachtungen, oder genauer gesagt Hubble-Beobachtungen von Cepheidensternen, eines der Merkmale sind, die Wissenschaftler am häufigsten zur Lösung der Hubble-Konstante verwenden.
„Die Webb-Messungen liefern den bisher stärksten Beweis dafür, dass systematische Fehler in der Cepheid-Photometrie von Hubble keine signifikante Rolle bei der aktuellen Hubble-Spannung spielen“, sagte Adam Riess von der Johns Hopkins University und dem Space Telescope Science Institute in einer Erklärung.
Hubbles Fähigkeit, Sternhelligkeiten mit unglaublicher Präzision zu messen, macht es zu einem entscheidenden Werkzeug bei der Lösung der Hubble-Spannung. Dies wird erreicht, weil es sich über der dunstigen Atmosphäre des Planeten befindet, im Gegensatz zu bodengestützten Observatorien, die durch den dunstigen Schild unseres Planeten behindert werden.
Da uns die unveränderliche Lichtgeschwindigkeit bekannt ist, können uns solche Helligkeiten helfen, die Entfernung zwischen diesen Sternen zu bestimmen und zu bestimmen, wie lange es dauert, bis ihr Licht uns erreicht. Nach bestimmten Berechnungen kamen die Forscher zu dem Schluss, dass solche Daten, die von einer großen Anzahl von Sternen gesammelt wurden, bei der Bestimmung der Hubble-Konstante nützlich sein könnten.
Laut Riess „war die Expansionsrate des Universums vor dem Start von Hubble im Jahr 1990 so unsicher, dass die Astronomen nicht sicher waren, ob sich das Universum seit 10 Milliarden oder 20 Milliarden Jahren ausdehnte.“
Um die Expansionsrate des Universums weiter aufzuklären, verwenden Wissenschaftler häufig Hubble, um sich auf Cepheid-Sterne zu konzentrieren. Diese Überriesensterne sind fast 100.000 Mal heller als die Sonne.
Riess erklärte, dass sie das „Goldstandard-Werkzeug“ zur Berechnung der Entfernungen von Galaxien von 100 Millionen Lichtjahren oder mehr seien, und erklärte, dass diese Beobachtungen „einen sehr wichtigen Schritt zur Bestimmung der Hubble-Konstante“ seien.
Riess betonte auch die Pulsationen oder Ausdehnungen und Kontraktionen der Cepheiden, die ihre wechselnde Helligkeit offenbaren. Da sie über längere Zeiträume von Natur aus heller sind, liefern längere Zeiträume Grundhelligkeiten und letztendlich genauere Beobachtungen, sagte er.
Dadurch kann das Teleskop aufgrund der Hubble-Position über unserer Atmosphäre bestimmte Cepheiden in Galaxien erkennen, die mehr als 100 Millionen Lichtjahre entfernt sind. Dadurch können wir das Zeitintervall der Helligkeitsänderungen dieser Galaxien berechnen. Allerdings hat Hubble seine Grenzen.
Wellenlängen des Infrarotlichts, die jenseits des roten Endes des elektromagnetischen Spektrums liegen und für das menschliche Auge noch unsichtbar sind, können damit nicht vollständig erfasst werden. Die Helligkeit der Cepheiden, die wir hier sehen, vermischt sich mit der Helligkeit anderer Sterne im Sichtfeld von Hubble, da das Sehen im roten Licht leider nicht so scharf ist wie das Sehen im blauen Licht.
Beim Betrachten entfernter Dinge ist das Infrarotsehen sehr wichtig, da das Licht dieser Quellen zunächst gestreckt wird, wenn es sich auf unseren Standort auf der Erde zubewegt. Die zuvor kurzen, bläulichen Wellenlängen verändern sich zu längeren, roten. Daher stammt auch der Name „rotverschobene Galaxien“, der sich auf Regionen bezieht, die von unserem Standpunkt auf der Erde aus weiter von diesem Ende des Spektrums entfernt sind.
Wenn ein Cepheid von einem interstellaren Mantel bedeckt wäre, würde er für uns dunkler erscheinen, da nur Infrarotlicht den Staub unbeschadet durchdringen kann. Dadurch besteht die Gefahr, dass sich das Licht der Probe mit dem Licht eines anderen nahegelegenen Cepheiden vermischt oder der Eindruck entsteht, dass ein Stern weiter entfernt ist, als er tatsächlich ist.
Laut Riess können wir die durchschnittliche Mischungsmenge statistisch berücksichtigen, so wie ein Arzt Ihr Gewicht ermittelt, indem er das durchschnittliche Gewicht Ihrer Kleidung vom Waagenwert abzieht. „Aber dadurch werden die Messungen verfälscht. Die Kleidung mancher Menschen variiert im Gewicht.
Das Infrarot-Universum wird dank dieses 1-Milliarden-Dollar-Teleskops, das sich etwa 1,6 Million Meilen (10 Millionen Kilometer) von der Erde entfernt befindet, enthüllt.
Laut Riess haben wir mit unserem 1685 General Observers-Programm im ersten Jahr der Webb-Operationen Beobachtungen von durch Hubble identifizierten Cepheiden auf zwei Ebenen gesammelt, die als kosmische Distanzleiter bekannt sind.
Nach Angaben des Teams umfasste die erste Phase die Kalibrierung von Cepheid-Beobachtungen in einer Galaxie mit bekannter geometrischer Entfernung. Diese Galaxie war NGC 4258. Um Hubbles Beobachtungen im Wesentlichen noch einmal zu überprüfen, bestand der nächste Schritt darin, Cepheiden in Wirtsgalaxien von Typ-1a-Supernovae zu untersuchen, bei denen es sich um jüngste, helle Sternexplosionen handelt.
Wenn Hubble falsch liegt, können wir vielleicht endlich verstehen, warum es eine Diskrepanz gibt. Aber Hubbles Beobachtungen waren richtig.
„Meiner Ansicht nach hat JWST der Frage, ob Hubbles Cepheid-Messungen korrekt waren, effektiv ein Ende gesetzt.“ Riess gab diese Erklärung ab, als er die Studie am Dienstag auf der First Years of Science-Konferenz des JWST vorstellte.
Allerdings ist anzumerken, dass der mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Forscher diese Situation nicht als Problem ansieht, wie sie zu erkennen beginnt.
Während der Konferenz sagte er: „Die Hubble-Konstante ist mir egal. „Ich möchte wissen, warum unsere besten Werkzeuge, unsere Autos mit dem höchsten Standard nicht zusammenpassen“, sagt er.
Quelle: space.com
📩 14/09/2023 12:24