Genau gemessen: Die Expansionsrate des Kosmos

Beobachtungen von veränderlichen Sternen und Supernovae mit dem Weltraumteleskop Hubble liefern den bislang genauesten Wert für den Hubble-Parameter

Galaxie NGC 3021 mit Cepheiden und Supernova
Galaxie NGC 3021 mit Cepheiden und Supernova

Washington (USA) - Ein amerikanisches Forscherteam hat die Geschwindigkeit, mit der sich das Weltall ausdehnt, genauer bestimmt als je zuvor. Die Beobachtungen von zahlreichen veränderlichen Sternen und Supernovae mit dem Weltraumteleskop Hubble liefern für den so genannten Hubble-Parameter einen Wert von 74,2 +/- 3,6 Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec. Ein Megaparsec entspricht etwa 3,26 Millionen Lichtjahren. Die neuen Messungen sprächen außerdem dafür, dass die rätselhafte Dunkle Energie sich nicht mit der Zeit verändere, erklären die Wissenschaftler.

Um die Expansionsrate des Kosmos zu bestimmen, müssen die Astronomen die Entfernung weit entfernter Galaxien mit hoher Genauigkeit messen. Dabei verknüpfen die Forscher eine ganze Reihe unterschiedlicher Verfahren miteinander, die jeweils für unterschiedliche Entfernungsbereiche geeignet sind. Die Astronomen sprechen deshalb von einer "kosmologischen Entfernungsleiter". Adam Riess vom Space Telescope Science Institute in Washington und seine Kollegen haben nun zwei Stufen dieser Entfernungsleiter genauer als je zuvor miteinander verknüpft.

Die erste dieser beiden Stufen bilden die genannten Cepheiden, veränderliche Sterne, deren Pulsationsrhythmus von ihrer Helligkeit abhängt. Das ermöglicht den Astronomen, aus der Periode der Helligkeitsschwankungen auf die Entfernung eines solchen Sterns zu schließen. Bei der zweiten Stufe handelt es sich um eine Klasse von Sternexplosionen - Supernovae des Typs Ia -, bei denen der zeitliche Verlauf ihrer Helligkeit eine Bestimmung der Entfernung ermöglicht.

Der Trick von Riess und seinen Kollegen war es nun, Cepheiden und Supernovae über einen weiten Entfernungsbereich mit den gleichen Beobachtungsinstrumenten zu vermessen und so den systematischen Fehler geringer als bei früheren Projekten zu halten. Frühere Messungen hatten für den Hubble-Parameter einen Wert von 72 mit einer Ungenauigkeit von 8 geliefert. Die neue Messung ist also doppelt so genau wie die alte.

Der kleinere Fehlerbereich für den Hubble-Parameter erlaubt es auch, die rätselhafte Dunkle Energie genauer zu untersuchen, die zu einer Beschleunigung der kosmischen Expansion führt. Bislang ist unklar, ob die Dunkle Energie sich im Verlauf der kosmischen Entwicklung verändert - und eine solche Veränderung könnte darüber entscheiden, ob das Universum ewig expandiert oder irgendwann wieder kollabiert. Die neuen Messungen sind am besten mit einer sich zeitlich nicht ändernden Dunklen Energie verträglich. "Der Spielraum für solche Änderungen hat sich etwa auf ein Drittel reduziert", erklärt Riess. Der Forscher hofft in den kommenden Jahren mit weiteren Messungen den Hubble-Parameter auf ein Prozent genau zu bestimmen und so auch die Dunkle Energie noch weiter einzuschränken.

Hören Sie zur Entfernungsmessung im Kosmos auch die nächste Folge des Podcast von Welt der Physik, die voraussichtlich am Mittwoch (13.5.2009) erscheinen wird.