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Kosmologische Kontroverse : Messfehler oder die Auflösung der Krise?

Die Galaxie Messier 101 ist eine der Quellen, in der Rote Riesen und eine Supernova beobachtet und verglichen werden können. Bild: Mauritius

Messungen der Hubble-Konstanten, der Expansionsrate des Kosmos, widersprechen sich gegenseitig. Eine neue Methode soll hier helfen – und wird heftig debattiert.

          8 Min.

          Nicht „Wem sollen wir glauben?“, sondern „Was sollen wir glauben?“, müsse es heißen, wenn die aktuellen Probleme der Kosmologie diskutiert würden – das betonte der Astrophysiker Barry Madore von den kalifornischen Carnegie Observatories am vergangenen Samstag gleich mehrfach in seinem Vortrag, den er während der vom Kavli Institute for Cosmological Physics organisierten Konferenz „Cosmic Controversies“ in Chicago hielt. An der Äußerung dieser eigentlich selbstverständlichen Feststellung wird deutlich, wie persönlich die Diskussion um den aktuellen Status der Kosmologie, genauer: um die Diskrepanz zwischen verschiedenen Messwerten der Hubble-Konstanten, mittlerweile geworden ist. Dieser Status, den verschiedene Astrophysiker als „Spannung“, „Problem“ oder „Krise“ bezeichnen, spaltet derzeit die Community. Im Kern geht es dabei um verschiedene Messungen derselben kosmologischen Größe, der Hubble-Konstanten H0, die auf unterschiedliche, miteinander unvereinbare Werte führen. Die Hubble-Konstante wiederum ist einer der zentralen Werte der Kosmologie. Sie beschreibt die gegenwärtige Expansionsrate des Kosmos und bestimmt damit die absolute Größenskala des Universums.

          Sibylle Anderl
          Redakteurin im Feuilleton.

          Eingeführt wurde diese Konstante vor knapp hundert Jahren. Der belgische Theologe und Astrophysiker Georges Lemaître hatte 1927 ein expandierendes Universum als eine Lösung der relativistischen Feldgleichungen Einsteins gefunden. Bis dahin waren statische Modelle des Universums angenommen worden. Ein Jahr später stellte der amerikanische Astronom Edwin Hubble empirisch fest, dass sich fast alle Galaxien von uns entfernen, und zwar umso schneller, je weiter sie entfernt sind. Um die Konstante zu bestimmen, die zwischen Geschwindigkeit und Entfernung vermittelt, maß er zum einen die radiale Bewegung der Galaxien auf der Grundlage der Rotverschiebung ihrer Spektren und zum anderen ihre Distanz mit Hilfe junger variabler Sterne, den Cepheiden. Die Astronomin Henrietta Leavitt hatte 1908 die Entdeckung gemacht, dass die Pulsationsperiode der Cepheiden einen engen Zusammenhang zu ihrer Leuchtkraft aufweist: Helle Cepheiden pulsieren langsamer als leuchtschwache. Sobald man diese Relation so kalibriert, dass aus der Pulsation die absolute Leuchtkraft ermittelt werden kann, ergibt der Vergleich mit der beobachteten Leuchtkraft deren Entfernung.

          Die von der Südhalbkugel aus sichtbaren Magellanschen Wolken werden häufig als erste „Sprosse“ der kosmischen Entfernungsleiter genutzt.
          Die von der Südhalbkugel aus sichtbaren Magellanschen Wolken werden häufig als erste „Sprosse“ der kosmischen Entfernungsleiter genutzt. : Bild: ESO/J. Colosimo

          Hubble nutzte diese Relation und kam auf einen Wert für H0 von 500 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec, wobei „Megaparsec“ die Einheit für kosmologische Distanzmessungen ist und rund 3,3 Millionen Lichtjahren entspricht. Dieser Wert war viel zu groß: Seine Beobachtungen relativ naher Galaxien waren für sein Ziel nicht sonderlich gut geeignet. In den folgenden Jahrzehnten wurden die Messungen stetig optimiert, der Wert wurde immer kleiner. Eine massive Verbesserung der Messungen lieferte schließlich das Hubble-Weltraumteleskop. Wendy Freedman, eine junge kanadische Astronomin, die an den Carnegie Observatories arbeitete, nutzte dieses Teleskop, um 2001 den bis dahin genauesten Wert zu veröffentlichen: Er lag bei 72 mit einer Ungenauigkeit von nur zehn Prozent.

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