Einmal entdeckten wir, dass sich das Universum ausdehnte. Danach bestand der nächste wissenschaftliche Schritt darin, die Geschwindigkeit oder Geschwindigkeit dieser Expansion zu bestimmen. Mehr als 80 Jahre sind vergangen, aber wir haben uns noch nicht auf dieses Thema geeinigt. Wenn wir uns die größten kosmischen Skalen ansehen und die ältesten Signale untersuchen - das Nachleuchten des Urknalls und großräumige Korrelationen von Galaxien -, erhalten wir eine Zahl: 67 km / s / Mpc.
Wenn wir jedoch einzelne Sterne, Galaxien, Supernovae und andere direkte Zeiger betrachten, erhalten wir eine andere Zahl: 74 km / s / Mpc. Die Unsicherheiten sind sehr gering: ± 1 zur ersten Zahl und ± 2 zur zweiten Zahl, und es besteht eine statistische Wahrscheinlichkeit von weniger als 0,1%, dass diese Zahlen miteinander in Einklang gebracht werden. Dieser Widerspruch hätte längst gelöst werden müssen, besteht aber seit der ersten Entdeckung der Expansion des Universums fort.
1923 suchte Edwin Hubble mit dem größten Teleskop der Welt nach neuen Sternen in anderen Galaxien. Wahrscheinlich würde es sich nicht lohnen, "Galaxien" zu sagen, denn dann war sich die Menschheit der himmlischen Spiralen nicht sicher. Während er den größten von ihnen studierte - M31, jetzt bekannt als Andromeda-Nebel -, sah er den ersten und dann den zweiten und den dritten neuen. Aber der vierte erschien an der gleichen Stelle wie der erste, und dies war unmöglich, da das Aufladen der neuen Jahrhunderte oder länger dauert. Sein neuer erschien in weniger als einer Woche. Aufgeregt strich Hubble das erste "N" durch, das er schrieb, und überschrieb "VAR!" Er erkannte, dass es sich um einen variablen Stern handelte, und seitdem gab es die Physik variabler Sterne. Hubble konnte die Entfernung zu Andromeda berechnen. Er zeigte, dass es genau außerhalb der Milchstraße lag und offensichtlich eine Galaxie ist. Es war die schönste Sichtung eines einzelnen Sterns in der Geschichte der Astronomie.
Edwin Hubbles Original-LP enthüllt die Variabilität eines Stars in Andromeda
Hubble setzte seine Arbeit fort, indem er variable Sterne in vielen Spiralgalaxien beobachtete. Zusammen mit ihren verschobenen Spektrallinien bemerkte er, dass sich die Galaxie umso schneller von uns entfernt, je weiter sie entfernt ist. Er entdeckte nicht nur dieses Gesetz - bekannt als Hubble-Gesetz -, sondern war auch der erste, der die Expansionsrate maß: den Hubble-Parameter. Die Zahl, die er erhielt, war jedoch groß. Sehr groß. So groß, dass, wenn es wahr wäre, der Urknall erst vor zwei Milliarden Jahren stattfinden würde. Offensichtlich würde dies niemand glauben, da wir geologische Beweise dafür haben, dass die Erde allein mehr als vier Milliarden Jahre alt ist.
Zusammengesetztes Bild der mehr als 4 Milliarden Jahre alten westlichen Erdhalbkugel
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1943 beobachtete der Astronom Walter Baade variable Sterne außerhalb der Milchstraße genau und bemerkte etwas unglaublich Wichtiges: Nicht alle variablen Cepheiden - der Typ Hubble, mit dem die Expansion des Universums bestimmt wurde - verhalten sich gleich. Stattdessen gab es zwei verschiedene Klassen. Und plötzlich stellte sich heraus, dass die Hubble-Konstante überhaupt nicht so groß war, wie Hubble entschieden hatte.
Messungen variabler Sterne durch Walter Baade in Andromeda waren der wichtigste Beweis für die Existenz von zwei getrennten Populationen von Cepheiden und ermöglichten es, den Hubble-Parameter auf einen aussagekräftigeren Wert zu reduzieren
Stattdessen dehnte sich das Universum langsamer aus, was bedeutet, dass es länger dauerte, bis es seinen aktuellen Zustand erreichte. Zum ersten Mal übertraf das Universum die Erde im Alter, und das war ein gutes Zeichen. Im Laufe der Zeit nahmen weitere Verfeinerungen zu und der Hubble-Exponent nahm allmählich ab, während das Alter des Universums weiter zunahm. Letztendlich sank das Alter selbst der ältesten Sterne mit dem Alter des Universums.
Wie sich die Schätzungen des Hubble-Parameters im Laufe der Zeit geändert haben
Die Geschichte endet nicht dort. Wissen Sie, warum das Hubble-Weltraumteleskop so benannt wurde? Nicht, weil es nach Edwin Hubble benannt wurde, der entdeckte, dass sich das Universum ausdehnte. Eher, weil seine Hauptaufgabe darin bestand, den Hubble-Parameter oder die Geschwindigkeit zu messen, mit der sich das Universum ausdehnt. Vor dem Start des Teleskops im Jahr 1990 gab es zwei Lager, die sich für völlig unterschiedliche Universen einsetzten: eines unter der Leitung von Allan Sendage und ein Universum mit einer Expansionsrate von 50 km / s / Mpc und einem Alter von 16 Milliarden Jahren; Die andere steht unter der Führung von Gerard de Vaucouleur und einem Universum mit einer Expansionsrate von 100 km / s / Mpc und einem Alter von unter 10 Milliarden Jahren. Diese beiden Lager waren überzeugt, dass die gegnerischen Lager systematische Fehler bei ihren Messungen machten und dass es keinen Mittelweg gab. Das wissenschaftliche Hauptziel des Hubble-Weltraumteleskops war es, die Expansionsrate ein für alle Mal zu messen.
Und er hat es geschafft. 72 ± 8 km / s / Mpc war das Endergebnis des Projekts. Heute gibt es noch weniger Fehler oder Ungenauigkeiten, ebenso wie die Spannung zwischen den beiden verschiedenen Methoden. Wenn Sie das Universum auf den größten Skalen betrachten, die Schwankungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds und die akustischen Baryonenschwingungen bei der Häufung von Galaxien, erhalten Sie eine kleinere Zahl: 67 km / s / Mpc. Dies ist nicht das günstigste Ergebnis, aber höhere Werte sind durchaus möglich.
Wenn Sie sich direkte Messungen einzelner Sterne in unserer Galaxie und dann die gleichen Klassen von Sternen in anderen Galaxien und dann Supernovae darüber hinaus ansehen, erhalten Sie einen höheren Wert: 74 km / s / Mpc. Ein systematischer Fehler bei der Messung nahegelegener Sterne, selbst ein Fehler von mehreren Prozent, könnte diese Zahl jedoch selbst auf den niedrigsten vorgeschlagenen Wert erheblich reduzieren. Während die ESA Gaia-Mission weiterhin die Parallaxe mit einer beispiellosen Genauigkeit von einer Milliarde Sternen in unserer Galaxie misst, kann sich diese Spannung von selbst auflösen.
Heute kennen wir die Hubble-Expansionsrate ziemlich genau, und zwei verschiedene Methoden zum Extrahieren scheinen widersprüchliche Werte zu ergeben. Momentan gibt es viele verschiedene Dimensionen, jedes Lager versucht, seinen Fall zu beweisen und die Fehler des anderen zu finden. Und wenn uns die Geschichte etwas gelehrt hat, können wir sagen, dass wir erstens etwas Neues und Interessantes über die Natur unseres Universums lernen werden, wenn dieses Problem gelöst ist, und zweitens wird dieser Streit über die Expansionsrate eindeutig nicht zuletzt.
ILYA KHEL
