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Studie: Die widersprüchlichen Werte der Hubble-Konstante sind nicht auf einen Messfehler zurückzuführen

Hineinzoomen / Dieses Bild von NGC 5468, etwa 130 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt, kombiniert Daten der Weltraumteleskope Hubble und Webb.

NASA/ESA/CSA/STScI/A. Reese (JHU)

Astronomen haben neue Messungen des Planeten durchgeführt Hubble ist behobenEs ist ein Maß dafür, wie schnell sich das Universum ausdehnt, indem es Daten des Hubble-Weltraumteleskops und des James Webb-Weltraumteleskops kombiniert. Ihren Ergebnissen zufolge bestätigten ihre Ergebnisse die Genauigkeit früherer Hubble-Messungen des Wertes der Konstante Aktuelles Papier Es wurde in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht, mit der Folge einer seit langem bestehenden Diskrepanz in den Werten, die mit verschiedenen Beobachtungsmethoden ermittelt wurden, die als „Hubble-Tensor“ bekannt sind.

Es gab eine Zeit, in der Wissenschaftler dachten, das Universum sei statisch, aber das änderte sich mit Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie. Alexander Friedmann veröffentlichte 1922 eine Reihe von Gleichungen, die zeigten, dass sich das Universum möglicherweise tatsächlich ausdehnte, und Georges Lemaitre führte später eine unabhängige Ableitung durch, um zu derselben Schlussfolgerung zu gelangen. Edwin Hubble bestätigte diese Erweiterung 1929 mit Beobachtungsdaten. Zuvor hatte Einstein versucht, die allgemeine Relativitätstheorie durch Hinzufügen einer kosmologischen Konstante zu modifizieren, um aus seiner Theorie ein festes Universum zu erhalten; Nach der Entdeckung von Hubble Die Legende sagtEr bezeichnete diesen Versuch als seinen größten Fehler.

Wie bereits erwähnt, ist die Hubble-Konstante ein Maß für die Ausdehnung des Universums, ausgedrückt in der Einheit Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec. Daher dehnt sich das Universum jede Sekunde, jede Million Parsec um eine bestimmte Anzahl Kilometer aus. Eine andere Möglichkeit, darüber nachzudenken, ist die Betrachtung eines relativ stationären Objekts, das eine Million Parsec entfernt ist: Jede Sekunde entfernt es sich um einige Kilometer weiter.

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Wie viele Kilometer? Das ist hier das Problem. Es gibt drei Methoden, mit denen Wissenschaftler die Hubble-Konstante messen können: Sie betrachten Objekte in der Nähe, um zu sehen, wie schnell sie sich bewegen, Gravitationswellen, die von kollidierenden Schwarzen Löchern oder Neutronensternen erzeugt werden, und messen winzige Aberrationen im Nachglühen des Urknalls, der als kosmisch bezeichnet wird Mikrowellenhintergrund (CMB). Allerdings haben unterschiedliche Ansätze unterschiedliche Werte gefunden. Beispielsweise ergab die Verfolgung entfernter Supernovae einen Wert von 73 Kilometern pro Sekunde Mpc, während CMB-Strahlungsmessungen mit dem Planck-Satelliten einen Wert von 67 Kilometern pro Sekunde Mpc ergaben.

Erst letztes Jahr führten Forscher eine dritte unabhängige Messung der Expansion des Universums durch, indem sie das Verhalten einer durch Gravitationslinsen erzeugten Supernova verfolgten, bei der durch ein massives Objekt verursachte Raumzeitverzerrungen als Linse zur Vergrößerung eines Hintergrundobjekts wirken. Die besten Anpassungen zwischen diesen Modellen lagen knapp unter der vom CMB abgeleiteten Hubble-Konstante, wobei der Unterschied innerhalb des statistischen Fehlers lag. Werte, die näher an denen anderer Supernova-Messungen lagen, passten deutlich besser zu den Daten. Diese Methode ist neu und weist eine große Unsicherheit auf, bot jedoch eine unabhängige Möglichkeit, die Hubble-Konstante zu ermitteln.

Vergleich der Hubble- und Webb-Ansichten eines veränderlichen Cepheid-Sterns.
Hineinzoomen / Vergleich der Hubble- und Webb-Ansichten eines veränderlichen Cepheid-Sterns.

NASA/ESA/CSA/STScI/A. Reese (JHU)

„Wir haben es mithilfe von Informationen im kosmischen Mikrowellenhintergrund gemessen und einen einzigen Wert erhalten“, schrieb John Timmer, Herausgeber von Ars Science. „Wir haben es anhand der scheinbaren Entfernung von Objekten im gegenwärtigen Universum gemessen und einen Wert erhalten, der um etwa 10 Prozent abweicht. Soweit irgendjemand das beurteilen kann, ist an beiden Messungen nichts auszusetzen, und es gibt keine klare Möglichkeit, es zu messen.“ ” Bringen Sie sie dazu, zuzustimmen.“ Eine Hypothese besagt, dass das frühe Universum kurzzeitig eine Art „Kick“ abstoßender Schwerkraft erlebte (ähnlich der Idee der dunklen Energie), der dann auf mysteriöse Weise aufhörte und verschwand. Aber es bleibt eine Spekulation, wenn auch interessant , Idee für Physiker.

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Diese letzte Messung hängt davon ab Letztes Jahr bestätigt Basierend auf Webbs Daten waren Hubbles Messungen der Expansionsrate zumindest für die ersten Stufen der kosmischen Entfernungsskala genau. Es besteht jedoch immer noch die Möglichkeit noch unentdeckter Fehler, die tiefer (und damit in die Zeit zurück) in das Universum blicken könnten, insbesondere bei Messungen der Helligkeit entfernter Sterne.

Daher machte ein neues Team zusätzliche Beobachtungen veränderlicher Sterne der Cepheiden – insgesamt 1.000 Sterne in fünf bis zu 130 Millionen Lichtjahre entfernten Wirtsgalaxien – und verknüpfte sie mit den Hubble-Daten. Das Webb-Teleskop ist in der Lage, über den interstellaren Staub hinaus zu blicken, der Hubbles Bilder dieser Sterne verschwommener und überlappender gemacht hat, sodass Astronomen leicht zwischen einzelnen Sternen unterscheiden können.

Die Ergebnisse bestätigten auch die Genauigkeit der Hubble-Daten. „Wir haben nun den gesamten Umfang dessen abgedeckt, was Hubble beobachtet hat, und wir können Messfehler als Ursache für Hubble-Jitter mit sehr hoher Sicherheit ausschließen.“ sagte Co-Autor und Teamleiter Adam Rees, ein Physiker an der Johns Hopkins University. „Die Kombination von Webb und Hubble bietet uns das Beste aus beiden Welten. Wir stellen fest, dass die Messungen von Hubble zuverlässig bleiben, wenn wir die kosmische Entfernungsleiter weiter hinaufsteigen. Wenn Messfehler beseitigt sind, bleibt die reale und aufregende Möglichkeit, dass wir das Universum falsch verstanden haben.“ ”

The Astrophysical Journal Letters, 2024. DOI: 10.3847/2041-8213/ad1ddd (Über digitale IDs).

Magda Franke

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