Wie schnell wächst das Universum? Diese Frage konnten Astronomen nicht genau beantworten. Sie haben einen Namen für die Expansionsrate des Universums: Die Hubble-Konstante oder das Hubble-Gesetz. Aber Messungen ergeben immer wieder unterschiedliche Werte, und Astronomen debattieren seit Jahrzehnten über dieses Thema.
Die Grundidee hinter der Messung der Hubble-Konstante besteht darin, entfernte Lichtquellen, normalerweise eine Art von Supernovae oder variablen Sternen, die als „Standardkerzen“ bezeichnet werden, zu betrachten und die Rotverschiebung ihres Lichts zu messen. Unabhängig davon, wie Astronomen dies tun, können sie keinen vereinbarten Wert finden, sondern nur einen Wertebereich. Eine neue Studie mit Quasaren und Gravitationslinsen könnte helfen, das Problem zu lösen.
Dass sich das Universum ausdehnt, steht außer Frage. Das wissen wir seit ungefähr 100 Jahren. Das Licht entfernter Galaxien verschiebt sich rot, wenn sie sich von uns entfernen, und die Messung dieser Rotverschiebung hat zu unterschiedlichen Werten für die universelle Expansion geführt.
"Die Hubble-Konstante verankert die physikalische Skala des Universums."
Simon Birrer, UCLA-Postdoktorand und Hauptautor der Studie.
Die Expansionsrate wird in Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec gemessen, geschrieben als (km / s) / Mpc. So bedeutet beispielsweise eine Ausdehnung mit einer Geschwindigkeit von 10 (km / s) / Mpc, dass zwei Punkte im Abstand von 1 Megaparsec (das entspricht 3,26 Millionen Lichtjahren) mit einer Geschwindigkeit von 10 km / h voneinander weg rasen zweite.
Als es in den 1920er Jahren zum ersten Mal entdeckt wurde, wurde eine Expansionsrate von 625 kps / Mpc angenommen. Aber ab den 1950er Jahren wurde es in besseren Forschungen mit weniger als 100 kps / Mpc gemessen. In den letzten Jahrzehnten haben mehrere Studien die Expansionsrate gemessen und Geschwindigkeiten zwischen etwa 67 und 77 kps / Mpc gefunden.
Die Wissenschaft akzeptiert jedoch keine Reihe von Antworten für etwas, das einen Wert haben sollte. Es wäre keine Wissenschaft, wenn es so wäre. Daher versuchen Wissenschaftler immer wieder, die Hubble-Konstante auf verschiedene Weise zu messen, um festzustellen, ob sie sie richtig machen können, da die Hubble-Konstante mehr als nur ein Maß für die Expansion des Universums ist.
"Die Hubble-Konstante verankert die physikalische Skala des Universums", sagte Simon Birrer, Postdoktorand an der UCLA und Hauptautor der Studie. Ohne einen genauen Wert für die Hubble-Konstante können Astronomen die Größe entfernter Galaxien, das Alter des Universums oder die Expansionsgeschichte des Kosmos nicht genau bestimmen. Es ist also eine große Sache, es richtig zu machen.
Eine neue Studie, die gerade in Monthly Notices der Royal Astronomical Society veröffentlicht wurde, versucht eine neuartige Methode zur Messung der Hubble-Konstante. Die Forschung wird von einem Team von Astronomen an der UCLA geleitet und stützt sich auf entfernte Quasare, deren Licht einer Gravitationslinse unterzogen wird, bevor es die Erde erreicht.
Quasare sind ultrahelle Objekte. Sie werden auch als aktive galaktische Kerne bezeichnet, da angenommen wird, dass sie durch supermassereiche Schwarze Löcher im Zentrum von Galaxien verursacht werden. Die elektromagnetische Strahlung, die sie emittieren, wird durch die wirbelnde Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch verursacht. Wenn die Materiescheibe um das Loch herum schneller wird, gibt sie eine enorme Menge an Energie ab.
Da Quasare so leuchtend sind, können sie aus großer Entfernung gesehen werden. Dies macht sie nicht nur zu faszinierenden Studienobjekten, sondern auch als Marker für das Studium des Hubble-Gesetzes.
Gravitationslinsen treten auf, wenn die Lichtquelle eines extrem entfernten Objekts, in dieser Studie Quasare, auf eine dazwischenliegende Galaxie trifft, bevor sie Beobachter auf der Erde erreicht. Die extreme Masse der Galaxie reicht aus, um das Licht zu biegen, ähnlich wie es eine Glaslinse tut. Das Ergebnis ist eine Art „Haus der Spiegel“ -Effekt. Das Bild unten zeigt, wie es aussieht. Die Entdeckung der Gravitationslinse ist am engsten mit Einstein verbunden, obwohl sie erst 1979 beobachtet wurde.
Diese Studie konzentrierte sich auf Doppelquasare. Ein Doppelquasar, manchmal auch als Doppelquasar bezeichnet, besteht nicht aus zwei nahe beieinander liegenden Quasaren, sondern ist ein Effekt der Gravitationslinse. Bei einem Doppelquasar wird ihr Licht um eine dazwischenliegende Galaxie herum gerichtet, bevor es die Erde erreicht, wodurch zwei Bilder des Quasars erzeugt werden. Keine frühere Studie hat sie verwendet, um die Expansionsrate des Universums zu bestimmen.
Da das Licht des Quasars um die dazwischenliegende Galaxie gebogen wird und zwei Bilder desselben Quasars erzeugt, bietet sich eine einzigartige Beobachtungsmöglichkeit. Das Licht, das die einzelnen Bilder des Quasars erzeugt, wandert zu jedem Bild einen anderen Weg. Da das Licht des Quasars schwankt, gibt es in jedem der beiden Bilder eine Verzögerung zwischen dem Flimmern.
Durch Messung der Zeitverzögerung zwischen den Flimmern und durch Kenntnis der Masse der dazwischenliegenden Galaxie ermittelte das Team die Abstände zwischen der Erde, der Linsengalaxie und dem Quasar. Durch die Kenntnis der Rotverschiebungen von Quasar und Galaxie konnten die Wissenschaftler abschätzen, wie schnell sich das Universum ausdehnt.
Diese Studie konzentrierte sich auf den Doppelquasar SDSS J1206 + 4332 und stützte sich auch auf Daten des Hubble-Weltraumteleskops, der Gemini und von W.M. Keck-Observatorien und aus dem Netzwerk der kosmologischen Überwachung von Gravitationslinsen (COSMOGRAIL). Das Team machte mehrere Jahre damit, täglich Bilder des Doppelquasars aufzunehmen, wodurch die Zeitverzögerung zwischen den Flimmern sehr genau gemessen wurde. In Kombination mit den anderen Daten ergab sich für Astronomen eine der besten Messungen der Hubble-Konstante.
"Das Schöne an dieser Messung ist, dass sie sich in hohem Maße ergänzt und von anderen unabhängig ist", sagte Tommasso Treu, UCLA-Professor für Physik und Astronomie und leitender Autor des Papiers.
Wie schnell dehnt es sich aus?
„… Das Universum ist etwas komplizierter.
Tommasso Treu, UCLA-Professor für Physik und Astronomie.
Das Team hat einen Wert für die Hubble-Konstante von 72,5 Kilometern pro Sekunde und Megaparsec ermittelt. Dies stimmt mit anderen Messungen überein, bei denen entfernte Supernovae als Standardkerzen zur Messung der Hubble-Konstante verwendet wurden. Es ist jedoch etwa 7% höher als Messungen, die sich auf den kosmischen Mikrowellenhintergrund stützen, um ihn zu messen.
Dies ist nicht das Ende der Debatte über Hubbles Gesetz. Es gibt immer noch diesen gravierenden Unterschied zwischen den Messmethoden. Was bedeutet das? "Wenn es einen tatsächlichen Unterschied zwischen diesen Werten gibt, bedeutet dies, dass das Universum etwas komplizierter ist", sagte Treu. Treu sagte auch, dass eine der Messungen oder sogar alle drei falsch sind.
Das Team wird an seiner Messmethode für Quasarlinsen festhalten. Sie betrachten 40 Vierfachquasare, um hoffentlich eine noch genauere Messung der Expansionsrate des Universums zu erhalten.
Quellen:
- Forschungsbericht: H0LiCOW - IX. Kosmografische Analyse des doppelt abgebildeten Quasars SDSS 1206 + 4332 und eine neue Messung der Hubble-Konstante
- UCLA-Pressemitteilung: Wenn Sie das Doppelte sehen, können Sie Streit darüber lösen, wie schnell sich das Universum ausdehnt
- H0LiCOW
- Wikipedia-Eintrag: Hubble'sches Gesetz
