Das Geheimnis der Expansion des Universums

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

Vor etwas mehr als hundert Jahren wusste niemand auf unserem Planeten, dass sich das Universum ausdehnt. Aber trotz aller Schwierigkeiten und Unglücke, die das 20. Jahrhundert der Menschheit gebracht hat, war dieses Jahrhundert von wissenschaftlichem und technologischem Fortschritt geprägt. In unglaublich kurzer Zeit haben wir mehr über die Welt und das Universum gelernt als je zuvor.

Die Idee, dass sich unser Universum in den letzten 13,8 Milliarden Jahren ausgedehnt hat, wurde erstmals 1927 vom belgischen Physiker Georges Lemaitre vorgeschlagen. Zwei Jahre später konnte der amerikanische Astronom Edwin Hubble diese Hypothese bestätigen. Er fand heraus, dass sich jede Galaxie von uns entfernt und je weiter sie ist, desto schneller passiert dies. Heutzutage gibt es viele Möglichkeiten, wie Wissenschaftler verstehen können, wie schnell sich unser Universum ausdehnt. Hier sind nur die Zahlen, die Forscher bei der Messung erhalten, jedes Mal, wenn sich herausstellt, dass sie anders sind. Aber warum?

Das größte Geheimnis des Universums

Wie wir heute wissen, besteht ein enger Zusammenhang zwischen der Entfernung zu einer Galaxie und der Geschwindigkeit, mit der sie sich zurückzieht. So entfernt sich beispielsweise eine Galaxie in einer Entfernung von 1 Megaparsec von unserem Planeten (ein Megaparsec entspricht ungefähr 3,3 Millionen Lichtjahren) mit einer Geschwindigkeit von 70 Kilometern pro Sekunde. Und die etwas weiter entfernte Galaxie in einer Entfernung von zwei Megaparsec bewegt sich doppelt so schnell (140 km / s).

Interessant ist auch, dass es heute zwei Hauptansätze gibt, um das Alter des Universums oder wissenschaftlich die Hubble-Konstante zu bestimmen. Der Unterschied zwischen den beiden Gruppen besteht darin, dass eine Reihe von Methoden relativ nahe Objekte im Universum untersucht, während die andere sehr weit entfernte Objekte untersucht. Doch egal mit welcher Methode die Wissenschaftler arbeiten, die Ergebnisse sind jedes Mal anders. Es stellt sich heraus, dass entweder wir etwas falsch machen oder irgendwo weit weg im Universum etwas absolut Unbekanntes passiert.

In einer kürzlich auf dem Preprint-Server airxiv.org veröffentlichten Studie verwendeten Astronomen, die nahe Galaxien untersuchten, eine clevere Methode, um die Expansion des Universums zu messen, die als Oberflächenhelligkeitsfluktuationen bezeichnet wird. Es ist ein schicker Name, aber er enthält eine Idee, die eigentlich intuitiv ist.

Stellen Sie sich vor, Sie stehen am Waldrand, direkt vor einem Baum. Da Sie ganz nah dran sind, sehen Sie nur einen Baum in Ihrem Blickfeld. Aber wenn Sie ein wenig zurücktreten, werden Sie mehr Bäume sehen. Und je weiter Sie gehen, desto mehr Bäume werden vor Ihren Augen erscheinen. Ähnliches passiert mit den Galaxien, die Wissenschaftler mit Teleskopen beobachten, aber viel komplizierter.

Wie erkennt man die Expansionsgeschwindigkeit des Universums?

Um gute Statistiken zu erhalten, beobachten Astronomen Galaxien, die der Erde ziemlich nahe sind, etwa 300 Millionen Lichtjahre oder näher. Bei der Beobachtung von Galaxien müssen jedoch Staub, Hintergrundgalaxien und Sternhaufen berücksichtigt werden, die in Bildern mit einem Teleskop zu sehen sind.

Das Universum ist jedoch listig. Seit den 1990er Jahren haben Astronomen gesehen, dass sehr weit entfernte explodierende Sterne immer weiter entfernt waren, als einfache Messungen vermuten lassen. Dies ließ sie glauben, dass sich das Universum jetzt schneller ausdehnt als zuvor, was wiederum zur Entdeckung der dunklen Energie führte – einer mysteriösen Kraft, die die universelle Expansion beschleunigt.

Wie die Autoren der wissenschaftlichen Arbeit schreiben, sehen wir, wenn wir sehr weit entfernte Objekte betrachten, sie so, wie sie in der Vergangenheit waren, als das Universum jünger war. Wenn die Expansionsrate des Universums damals anders war (sagen wir vor 12-13,8 Milliarden Jahren) als heute (vor weniger als einer Milliarde Jahren), können wir zwei verschiedene Werte für die Hubble-Konstante erhalten. Oder dehnen sich verschiedene Teile des Universums mit unterschiedlicher Geschwindigkeit aus?

Aber wenn sich die Expansionsrate geändert hat, dann ist das Alter unseres Universums überhaupt nicht das, was wir denken (Wissenschaftler verwenden die Expansionsrate des Universums, um sein Alter zu verfolgen). Dies wiederum bedeutet, dass das Universum eine andere Größe hat, was bedeutet, dass auch die Zeit, die es braucht, bis etwas passiert, unterschiedlich ist.

Folgt man dieser Argumentationskette, stellt sich am Ende heraus, dass die physikalischen Prozesse, die im frühen Universum stattfanden, zu unterschiedlichen Zeiten stattfanden. Es ist auch möglich, dass andere Prozesse beteiligt waren, die die Expansionsrate beeinflussen. Im Allgemeinen gibt es eine Art Durcheinander. „Daraus folgt, dass wir entweder nicht gut genug verstehen, wie sich das Universum verhält, oder wir es falsch messen“, schreiben die Autoren der Studie.

Auf jeden Fall ist die Hubble-Konstante ein heiß diskutiertes Thema in der astronomischen Gemeinschaft. Die neue Studie hat jedoch noch mehr Fragen hinzugefügt, sodass der Kampf gegen die Unsicherheit lange dauern wird. Irgendwann wird sich natürlich unser Verständnis vom Kosmos ändern. Aber wenn das passiert, müssen Kosmologen nach etwas anderem suchen, worüber sie streiten können. Was sie auf jeden Fall tun werden.