Im Universum stimmt etwas nicht. Zumindest basierend auf allem, was Physiker bisher wissen. Sterne, Galaxien, Schwarze Löcher und all die anderen Himmelsobjekte rasen mit der Zeit immer schneller voneinander weg. Frühere Messungen in unserer lokalen Nachbarschaft des Universums haben ergeben, dass das Universum schneller nach außen explodiert als am Anfang. Dies sollte nicht der Fall sein, basierend auf dem besten Deskriptor des Universums durch Wissenschaftler.
Wenn ihre Messungen eines Wertes, der als Hubble-Konstante bekannt ist, korrekt sind, bedeutet dies, dass dem aktuellen Modell wichtige neue Physik fehlt, wie z. B. nicht berücksichtigte fundamentale Teilchen oder etwas Seltsames, das mit der mysteriösen Substanz namens Dunkle Energie vor sich geht.
In einer neuen Studie, die am 22. Januar in der Zeitschrift Monthly Notices der Royal Astronomical Society veröffentlicht wurde, haben Wissenschaftler die Hubble-Konstante auf völlig neue Weise gemessen und bestätigt, dass sich das Universum jetzt tatsächlich schneller ausdehnt als in seiner Anfangszeit.
"Etwas interessantes ist los"
Um zu erklären, wie sich das Universum von einem winzigen, heißen, dichten Fleck suppigen Plasmas zu der riesigen Fläche entwickelt hat, die wir heute sehen, haben Wissenschaftler das sogenannte Lambda Cold Dark Matter (LCDM) -Modell vorgeschlagen. Das Modell schränkt die Eigenschaften der Dunklen Materie ein, einer Art Materie, die Gravitationskraft ausübt, aber kein Licht emittiert, und Dunkle Energie, die der Schwerkraft entgegenzuwirken scheint. LCDM kann die Struktur von Galaxien und den kosmischen Mikrowellenhintergrund - das erste Licht des Universums - sowie die Menge an Wasserstoff und Helium im Universum erfolgreich reproduzieren. Aber es kann nicht erklären, warum sich das Universum jetzt schneller ausdehnt als früher.
Das bedeutet, dass entweder das LCDM-Modell falsch ist oder die Messungen der Expansionsrate falsch sind.
Die neue Methode zielt darauf ab, die Debatte über die Expansionsrate endgültig beizulegen, sagte Simon Birrer, Forscher an der University of California in Los Angeles und Hauptautor der neuen Studie gegenüber Live Science. Bisher bestätigen die neuen, unabhängigen Messungen die Diskrepanz, was darauf hindeutet, dass möglicherweise neue Physik erforderlich ist.
Um Hubbles Konstante festzunageln, hatten Wissenschaftler zuvor verschiedene Methoden angewendet. Einige verwendeten Supernovae im lokalen Universum (dem nahe gelegenen Teil des Universums), andere haben sich auf Cepheiden oder Arten von Sternen verlassen, die pulsieren und regelmäßig in der Helligkeit flackern. Wieder andere haben die kosmische Hintergrundstrahlung untersucht.
Die neue Forschung verwendete eine Technik, bei der Licht von Quasaren - extrem helle Galaxien, die von massiven Schwarzen Löchern angetrieben werden - verwendet wird, um die Verbindung zu lösen.
"Egal wie vorsichtig ein Experiment ist, es kann immer einen Effekt geben, der in die Arten von Werkzeugen eingebaut ist, mit denen sie diese Messung durchführen. Wenn also eine Gruppe so vorbeikommt und einen völlig anderen Satz von Werkzeugen verwendet ... Wenn Sie die gleiche Antwort erhalten, können Sie ziemlich schnell den Schluss ziehen, dass diese Antwort nicht auf eine ernsthafte Auswirkung der Techniken zurückzuführen ist ", sagte Adam Riess, Nobelpreisträger und Forscher am Space Telescope Science Institute und an der Johns Hopkins University. "Ich denke, dass unser Vertrauen wächst, dass etwas wirklich Interessantes los ist", sagte Riess, der nicht an der Studie beteiligt war, gegenüber Live Science.
Doppelt sehen
So funktionierte die Technik: Wenn Licht von einem Quasar eine dazwischenliegende Galaxie passiert, bewirkt die Schwerkraft der Galaxie, dass sich dieses Licht "gravitativ biegt", bevor es auf die Erde trifft. Die Galaxie wirkte wie eine Linse, um das Licht des Quasars in mehrere Kopien zu verzerren - meistens zwei oder vier, abhängig von der Ausrichtung der Quasare in Bezug auf die Galaxie. Jede dieser Kopien ging einen etwas anderen Weg durch die Galaxie.
Quasare leuchten normalerweise nicht gleichmäßig wie viele Sterne. Aufgrund von Material, das in ihre zentralen Schwarzen Löcher fällt, ändert sich ihre Helligkeit in Stunden- bis Millionen von Jahren. Wenn das Bild eines Quasars in mehrere Kopien mit ungleichen Lichtwegen eingeteilt wird, führt jede Änderung der Helligkeit des Quasars zu einem subtilen Flackern zwischen den Kopien, da das Licht bestimmter Kopien länger braucht, um die Erde zu erreichen.
Aus dieser Diskrepanz konnten Wissenschaftler genau bestimmen, wie weit wir sowohl vom Quasar als auch von der Zwischengalaxie entfernt sind. Um die Hubble-Konstante zu berechnen, verglichen die Astronomen diese Entfernung mit der Rotverschiebung des Objekts oder der Verschiebung der Wellenlängen des Lichts zum roten Ende des Spektrums (was zeigt, wie stark sich das Licht des Objekts gedehnt hat, während sich das Universum ausdehnt).
In der Vergangenheit wurde das Licht von Systemen untersucht, die vier Bilder oder Kopien eines Quasars erstellen. In dem neuen Artikel haben Birrer und seine Mitarbeiter jedoch erfolgreich gezeigt, dass es möglich ist, die Hubble-Konstante anhand von Systemen zu messen, die nur ein Doppelbild des Quasars erzeugen. Dies erhöht die Anzahl der Systeme, die untersucht werden können, dramatisch, wodurch letztendlich die Hubble-Konstante genauer gemessen werden kann.
"Bilder von Quasaren, die viermal vorkommen, sind sehr selten - es gibt vielleicht nur 50 bis 100 am ganzen Himmel, und nicht alle sind hell genug, um gemessen zu werden", sagte Birrer gegenüber Live Science. "Systeme mit doppelter Linse sind jedoch um den Faktor fünf häufiger."
Die neuen Ergebnisse eines Systems mit zwei Linsen in Kombination mit drei anderen zuvor gemessenen Systemen mit vier Linsen haben den Wert für die Hubble-Konstante auf 72,5 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec geschätzt. Dies stimmt mit anderen Messungen des lokalen Universums überein, ist aber immer noch um 8 Prozent höher als Messungen aus dem fernen Universum (dem älteren oder frühen Universum). Wenn die neue Technik auf mehr Systeme angewendet wird, können Forscher den genauen Unterschied zwischen entfernten (oder frühen) Universums- und lokalen (neueren) Universumsmessungen ermitteln.
"Der Schlüssel ist, von einem Punkt, an dem wir sagen, ja, diese Dinge stimmen nicht überein, zu einem sehr genauen Maß für das Niveau zu gelangen, mit dem sie nicht übereinstimmen, denn letztendlich wird dies der Anhaltspunkt sein, der dies zulässt Theorie, um zu sagen, was los ist ", sagte Riess zu Live Science.
Die genaue Messung der Hubble-Konstante hilft Wissenschaftlern, mehr als nur zu verstehen, wie schnell das Universum auseinander fliegt. Der Wert ist für die Bestimmung des Alters des Universums und der physikalischen Größe entfernter Galaxien unerlässlich. Es gibt Astronomen auch Hinweise auf die Menge an dunkler Materie und dunkler Energie da draußen.
Die Erklärung, was möglicherweise die exotische Physik ihre Nichtübereinstimmung bei Expansionsratenmessungen erklären könnte, ist weit entfernt.
