Neues Maßband für das Universum

Schon ein kurzer Blick in den Sternenhimmel zeigt, wie unglaublich groß das Weltall im Vergleich zu irdischen Maßstäben ist. Es ist aber auch für erfahrene Astronomen sehr schwierig herauszufinden, wie groß kosmische Distanzen wirklich sind. Die Abstände zu nahen Sternsystemen innerhalb unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße, sind noch vergleichsweise einfach zu bestimmen. Doch je tiefer Astronomen ins All schauen, desto komplizierter und ungenauer werden ihre Entfernungsangaben. Wissenschaftler bedienen sich deshalb mehrerer unterschiedlicher Methoden, die sie miteinander abgleichen und aneinander kalibrieren. Ein internationales Forscherteam hat nun das bislang präziseste Maßband für Entfernungsbestimmungen in den Tiefen des Alls angegeben. Wie die Wissenschaftler auf der Konferenz der American Astronomical Society berichten, lassen sich kosmische Distanzen mit ihrer Methode auf ein Prozent genau bestimmen.

„Es gibt nicht viele Dinge im täglichen Leben, die wir mit einer Genauigkeit von einem Prozent kennen“, sagt David Schlegel vom Lawrence Berkeley National Laboratory. „Ich kenne nun die Größe des Universums besser als die meines Hauses.“ Mit einer solchen Genauigkeit war bisher nur die Distanz zu einigen Hundert nahen Sterne bekannt, die höchstens ein paar Tausend Lichtjahre entfernt sind. Nun können Astronomen millionenfach größere Abstände vergleichbar exakt angeben. Die neue Methode beruht auf dem Vergleich der Häufigkeit von Galaxien in verschiedenen Raumbereichen. Damit können die Forscher zwar nicht jeden Punkt oder jede Galaxie auf diesen großen kosmischen Maßstäben präzise kartieren. Doch eignet sich die Methode hervorragend, um großflächige Strukturen im Kosmos abzumessen.

Ein Haufen Galaxien vor dem dunklen Hintergrund des Weltalls, auf dem Foto als leuchtende Flecken in unterschiedlichen Größen und Helligkeiten. Die Galaxien sind unterschiedlich verteilt, an einigen Stellen treten sie gehäuft auf, andere Stellen sind vergleichsweise leer.
Galaxienverteilung im Universum

„Entfernungen zu bestimmen ist eine entscheidende Herausforderung in der Astronomie“, sagt Daniel Eisenstein vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Er leitet das Beobachtungsprogramm Sloan Digital Sky Survey III, das ein Viertel des gesamten Sternenhimmels durchmustert und die nötigen Daten geliefert hat. Mit einem speziellen Teleskop kartierten die Astronomen 1,2 Millionen Galaxien, wobei sie von bis zu tausend Galaxien gleichzeitig detaillierte Aufnahmen machen konnten.

Die besondere Methode, die sich nun als so genau herausgestellt hat, beruht auf einem speziellen kosmologischen Effekt, den sogenannten „baryonischen akustischen Oszillationen“. In der Frühzeit des Universums gab es noch keine Sterne oder Galaxien, sondern nur ein extrem heißes und dichtes Plasma. In diesem Plasma bildeten sich Dichtewellen – analog zu Schallwellen. Als das Universum sich ausdehnte, kühlte sich dabei das Plasma ab und wurde zu normalem Gas, aus dem später Sterne und Planeten entstanden. Bei der Expansion des Alls blieben aber die Plasmaoszillationen in der großräumigen Struktur der Galaxien erhalten.

Diese Dichteschwankungen im frühen Universum lassen sich mit mathematischen Modellen berechnen. Heute entsprechen sie einer Häufung von Galaxien an bestimmten Orten im Universum, während sie anderswo sehr viel seltener auftreten. Durch den Vergleich der Häufigkeit von Galaxien an verschiedenen Orten im Universum mit den theoretischen Berechnungen konnten die Astronomen die nun erreichte Genauigkeit erzielen. „Noch vor zwanzig Jahren wichen die Abstandsschätzungen auf solchen kosmischen Distanzen um bis zu fünfzig Prozent voneinander ab. Vor fünf Jahren konnte man die Ungenauigkeit auf fünf Prozent reduzieren, vor einem Jahr auf zwei Prozent“, summiert Schlegel den erzielten Fortschritt. Die neuen Messungen bestätigen frühere, weniger präzise Kartierungen des Alls und passen zu den gängigen kosmologischen Theorien.