- Das James Webb Space Telescope von NASA/ESA/CSA hat die Messung der Expansionsrate des Universums durch das Hubble Space Telescope erneut bestätigt, wodurch die verbliebenen Zweifel an den bisherigen Hubble-Messwerten kleiner werden
- Die Hubble-Konstante, also die Expansionsrate des Universums, ist ein zentraler Parameter zum Verständnis der Entwicklung und des letztlichen Schicksals des Universums; zwischen Beobachtungswerten und auf dem Nachglühen des Urknalls basierenden Vorhersagen besteht weiterhin die Hubble Tension
- Das Bild von NGC 5468, etwa 130 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt, wurde aus kombinierten Daten der Weltraumteleskope Hubble und James Webb erstellt
- Hubble identifizierte in NGC 5468 Cepheid variable stars; diese Galaxie ist die am weitesten entfernte Galaxie, in der Hubble Cepheiden nachgewiesen hat
- Die auf Cepheiden basierende Distanzmessung wurde mit Type Ia supernova in derselben Galaxie gegengeprüft; Supernovae vom Typ Ia erweitern die Reichweite auf größere kosmische Distanzen und Messungen der Expansionsrate
Expansionsrate des Universums und Hubble Tension
- Die Hubble-Konstante gibt an, wie schnell sich das Universum ausdehnt, und ist einer der grundlegenden Parameter zum Verständnis seiner Entwicklung und seines letztlichen Schicksals
- Zwischen den mit mehreren unabhängigen Distanzindikatoren gemessenen Werten der Hubble-Konstante und den aus dem Nachglühen des Urknalls vorhergesagten Werten besteht eine anhaltende Differenz
- Diese Differenz wird als Hubble Tension bezeichnet
Von Webb bestätigte Hubble-Messung
- Das James Webb Space Telescope von NASA/ESA/CSA hat bestätigt, dass die Messung der Expansionsrate des Universums durch das Hubble Space Telescope korrekt war
- Damit verschwinden die verbliebenen Zweifel an den Hubble-Messwerten
Beobachtungsbild von NGC 5468
- Beobachtet wurde die Galaxie NGC 5468, die etwa 130 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist
- Das Bild wurde aus kombinierten Daten der Weltraumteleskope Hubble und James Webb erstellt
- NGC 5468 ist die am weitesten entfernte Galaxie, in der Hubble Cepheid variable stars identifiziert hat
Entfernungsleiter: Cepheiden und Typ-Ia-Supernovae
- Cepheid variable stars dienen als wichtige Distanzmarker zur Messung der Expansionsrate des Universums
- Die mit Cepheiden berechnete Entfernung wurde mit Type Ia supernova in NGC 5468 gegengeprüft
- Supernovae vom Typ Ia sind extrem hell und werden für Distanzmessungen im Universum jenseits der Reichweite von Cepheiden genutzt
- Auf diese Weise lässt sich die Messung der Expansionsrate des Universums auf größere kosmische Distanzen ausdehnen
In der Aufnahme sichtbare Galaxienstruktur
- Im Zentrum befindet sich eine von vorn gesehene Spiralgalaxie
- Vier Spiralarme winden sich gegen den Uhrzeigersinn nach außen
- In den Spiralarmen befinden sich junge, blaue Sterne sowie violett schimmernde Sternentstehungsregionen, die wie kleine Flecken verstreut sind
- Das Galaxienzentrum ist heller und gelblich; deutlich zu erkennen ist eine schmale, lineare Balkenstruktur, die von der 11-Uhr- zur 5-Uhr-Richtung geneigt ist
- Im schwarzen Hintergrund des Alls sind mehrere rötliche Hintergrundgalaxien verstreut
1 Kommentare
Hacker-News-Kommentare
Die im Artikel erwähnte kosmische Entfernungsleiter ist eines meiner Lieblingsthemen in der Wissenschaft.
Wie man die Entfernungen zu sehr weit entfernten Himmelskörpern kennt, ist nicht trivial, und die Geschichte dahinter ist spannend.
Der Ausgangspunkt war die Entfernung zwischen Erde und Sonne, und bis Richer und Cassini 1672 auf weniger als 10 % herankamen, wusste sie niemand wirklich genau. Später wurde sie durch James Cooks Tahiti-Reise von 1769 genauer, bei der der Venustransit von der gegenüberliegenden Seite der Erde aus beobachtet wurde.
Danach kann man mit grundlegender Geometrie die Parallaxe beobachten, also die kleine Positionsverschiebung naher Sterne, wenn die Erde die Sonne umkreist; diese Methode funktioniert jedoch nur bis etwa 10.000 Lichtjahre.
Später wurden mit Cepheiden-Veränderlichen (Henrietta Swan Leavitt, 1908) und Typ-Ia-Supernovae (Subrahmanyan Chandrasekhar, 1935) beinahe unglaublich praktische astrophysikalische Methoden entdeckt, mit denen man noch einige Sprossen der Leiter weiter hinaufsteigen konnte. In noch größeren Entfernungen wird dann die Beziehung zwischen Rotverschiebung und Entfernung wichtig, die bis an den Rand des Universums reicht.
https://www.uwa.edu.au/science/-/media/Faculties/Science/Doc...
Der tatsächliche Wert liegt bei etwa dem 400-Fachen, aber wenn man bedenkt, dass er weder Linsen noch Pi hatte und dass nach seinem Tod 1800 Jahre lang das geozentrische Weltbild als anerkannt galt, ist das erstaunlich.
https://en.wikipedia.org/wiki/Aristarchus_of_Samos#Distance_...
Auch Terence Taos Video zur kosmischen Entfernungsleiter ist gut: https://www.youtube.com/watch?v=7ne0GArfeMs
Deshalb verwendet auch der Shuttle-Name die britische Schreibweise, und der Name der Kommandokapsel von Apollo 15 hat denselben Ursprung. Auch die SpaceX Crew Dragon, die letzte Woche an der ISS angekommen ist, trägt in Anlehnung an das Shuttle den Namen Endeavour.
Das Shuttle Endeavour steht im California Science Center, und seit Kurzem ist es zusammen mit externem Tank und Boostern wieder „stacked“; es dürfte ein paar Jahre dauern, bis man wieder nah herankommt. Als man noch direkt darunter hindurchgehen konnte, war es viel beeindruckender.
Hubbles Sicht war beim Start durch einen Fehler bei der Herstellung des Spiegels beeinträchtigt; die Endeavour reparierte das 1993 im Rahmen der Mission STS-61.
Ich würde zum Beispiel gern lesen, was um 1350 herum als Astronomie auf dem neuesten Stand galt; über Empfehlungen würde ich mich sehr freuen.
Die beteiligten Wissenschaftler kennen und berücksichtigen sicher die Fehler jeder Stufe, aber ich würde gern eine Analyse sehen, die das aufschlüsselt. Anfangs dachte ich, wegen der Cepheiden-Veränderlichen müsse die Unsicherheit groß sein, aber ich weiß nicht wirklich, wie gut das in der Praxis kontrolliert wird.
https://www.youtube.com/watch?v=FGwmAEMabm4&t=1
Um den Hintergrund dieses Themas kurz zusammenzufassen: Es gibt mindestens zwei Methoden, um die Hubble-Konstante, also die Expansionsrate des Universums, zu bestimmen.
Die eine nutzt Schwankungen in der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung (CMB), die aus bestimmten Bedingungen im frühen Universum hervorgegangen sind, um daraus die heutige Expansionsrate abzuleiten. Die andere berechnet sie anhand der Entfernungen sehr weit entfernter Galaxien und der Geschwindigkeit, mit der sie sich von uns entfernen.
Theoretisch müssten beide denselben Wert liefern. Anfangs unterschieden sich die Ergebnisse der beiden Methoden, aber die Fehlerbalken waren groß und überlappten; man erwartete, dass sie bei höherer Präzision auf einen gemeinsamen Wert konvergieren würden.
Doch die CMB-Messungen sind inzwischen bis auf 67 ± 0,5 präzisiert worden, während die Methode über Galaxienentfernungen/-geschwindigkeiten bei 73 ± 1 liegt, und die Bereiche überlappen sich nicht. Diese Diskrepanz ist die Hubble-Spannung und eines der kniffligsten Probleme der Kosmologie.
Mögliche Erklärungen wären Messfehler bei den CMB-Schwankungen, Messfehler bei Entfernungen oder Geschwindigkeiten ferner Galaxien – oder etwas, das in unserem Verständnis der Physik fehlt. Das aktuelle Ergebnis ergänzt die Hubble-Daten um Daten des James Webb, das in anderen Wellenlängen beobachtet, und stimmt gut mit den Hubble-Messungen überein.
Gelöst ist die Hubble-Spannung damit aber nicht. Stattdessen räumt es den Verdacht weitgehend aus, dass die Ergebnisse auf der Seite der fernen Galaxien auf Messfehler von Hubble zurückzuführen sind. Wenn man davon ausgeht, dass auch die CMB-Messungen ziemlich verlässlich sind, spricht nun vieles dafür, dass es nicht um ein Messproblem geht, sondern um falsch verstandene Physik oder um Physik, die erst noch entdeckt werden muss.
Wenn man die Hubble-Daten mit dem Lorentz-Faktor normalisiert, ergibt sich wieder eine konstante Expansionsrate: https://www.desmos.com/calculator/llhnja1ocb
Hubble war sehr vorsichtig damit, den Doppler-Effekt auf Galaxien anzuwenden, und lehnte es ab, die Rotverschiebung als Fluchtgeschwindigkeit zu interpretieren. Noch im Jahr vor ihrem Tod 1953 überzeugten die beiden auch Robert Millikan davon, dass die Deutung der Rotverschiebung als kosmische Expansion vermutlich falsch sei.
Am Ende seines Buchs Observational Approach to Cosmology[+] schrieb Hubble: „Wenn man den Fluchtfaktor verwirft und die Rotverschiebungen hauptsächlich keine Geschwindigkeitsverschiebungen sind, ist das Bild einfach und plausibel. Es gibt keine Hinweise auf Expansion, keine Beschränkung der Zeitskala, keine Spur räumlicher Krümmung und keine Begrenzung der räumlichen Dimensionen …“
[+] https://ned.ipac.caltech.edu/level5/Sept04/Hubble/paper.pdf
Quelle: https://plasmauniverse.info/people/contributors.html
Zahlenmäßig soll das ungefähr passen, und der wichtigste Befürworter scheint sie nutzen zu wollen, um ein zyklisches Universumsmodell zu rechtfertigen. Wenn ich es richtig verstehe, scheint sie auch mit einem Standard-Urknall vereinbar zu sein, der eine längere, also galaktische Expansionszeitskala hat.
Jedenfalls muss die Physik auch erklären, was aus dieser Schwarzkörperstrahlung geworden ist.
Das hätte im Titel oder Abstract klar nach vorn gestellt werden müssen. Der Originaltext formuliert es wie „Webb & Hubble confirm Universe’s expansion rate“ und „Hubbles scharfes Auge hat sich weiterhin als richtig erwiesen und die verbleibenden Zweifel an Hubble-Messungen beseitigt“, wodurch es so wirkt, als sei das Problem gelöst.
Ein genauerer Titel wäre etwa „Webb bestätigt Hubbles Messung der Expansionsrate des Universums“ gewesen, aber das wäre wohl weniger spannend gewesen.
Eine Zeit lang gab es die Hoffnung, die einfachste Erklärung zur Lösung der Hubble-Spannung sei, dass die Messungen des Hubble-Teleskops falsch seien.
Das war aber nicht der Fall, und das Rätsel ist dadurch eher noch tiefer geworden. Sicher weiß ich es nicht, aber Hubbles Schätzung scheint schon seit ziemlich langer Zeit weithin akzeptiert zu sein, und seit ich begonnen habe, mich auf populärwissenschaftlichem Niveau mit dem Thema zu beschäftigen, wurde das Alter des Universums mit 13,8 Milliarden Jahren angegeben.
https://en.wikipedia.org/wiki/Hubble%27s_law#Determining_the...
Bildunterschrift: „Werte der Hubble-Konstante ((km/s)/Mpc), einschließlich der Messunsicherheiten aktueller Beobachtungen[54]“
Die frühen WMAP-Ergebnisse von 2003 stützten 13,7 Milliarden Jahre, spätere Ergebnisse haben das etwas in Richtung 13,8 Milliarden Jahre angehoben. Natürlich haben alle Ergebnisse Fehlerbalken.
Ich habe das schon früher gefragt, aber ich glaube, keine gute Antwort bekommen zu haben, daher möchte ich noch einmal fragen:
Woher wissen wir, dass sich Galaxien beschleunigt von uns entfernen? Oft wird einfach die Beobachtung angeführt, dass weiter entfernte Galaxien sich scheinbar schneller entfernen, und das dann als Hinweis auf Beschleunigung gedeutet.
Aber könnte dieselbe Beobachtung nicht auch ohne Beschleunigung entstehen? Wenn sich Objekte im Universum relativ zur Erde in zufällige Richtungen und mit zufälligen Geschwindigkeiten bewegen, könnten nach genügend Zeit sogar Objekte, die anfangs auf uns zukamen, alle so erscheinen, als entfernten sie sich. Und dass die schnell bewegten Objekte am weitesten entfernt sind, folgt per Definition aus ihrer Geschwindigkeit.
Kurz gesagt: Auch wenn Galaxien nicht beschleunigen, könnte man sehen, dass weiter entfernte Galaxien schneller zurückweichen.
Unsere Methode zur Messung der Geschwindigkeit von Galaxien scheint im Grunde nur aus Rotverschiebung zu bestehen. Über solche Entfernungen ist Triangulation unmöglich, und auch die Zeitskalen sind eine Hürde, daher gibt es keinen Weg, die Rotverschiebungsberechnung mit einer anderen Methode zu überprüfen.
Wenn Rotverschiebung durch einen anderen Effekt entstünde, etwa dadurch, dass Licht über Millionen Jahre beim Durchqueren der Leere „degradiert“, wären alle Berechnungen hinfällig.
Ich habe das mehrfach gefragt, aber die Antworten liefen meist darauf hinaus: „Wir kennen keinen anderen Grund, warum Licht rotverschoben wird“ oder „der aktuelle theoretische Rahmen ist konsistent“. Auch wenn es keine andere Messung gibt, um diese Konsistenz zu prüfen.
Die Expansionstheorie im Zusammenhang mit dem Big Bang sagte voraus, dass sehr weit entfernte Galaxien jünger sind und daher eine andere Zusammensetzung haben sollten; diese Vorhersage scheint zu scheitern. Allerdings könnten bessere Beobachtungsinstrumente in Zukunft genauere Antworten liefern.
Davor entfernten sie sich zwar, aber ihre Geschwindigkeit nahm nicht zu, sondern ab; es war also eine verlangsamte Expansion.
Die Beobachtung, dass weiter entfernte Galaxien sich scheinbar schneller entfernen, sagt uns, dass das Universum expandiert, aber für sich allein sagt sie nicht, ob die Expansion beschleunigt, verlangsamt oder keines von beidem ist.
Wie sich die Expansionsrate über die Zeit verändert, untersucht man, indem man für Galaxien die Beziehung zwischen drei Beobachtungsgrößen vergleicht: Rotverschiebung, Helligkeit und Winkelgröße. Kosmologen modellieren mit dieser Beziehung die Expansionsgeschichte des Universums und kommen zu dem Schluss, dass die letzten paar Milliarden Jahre eine beschleunigte Expansion waren und die Zeit davor eine verlangsamte.
In einem Szenario mit Objekten, die zufällige Richtungen und Geschwindigkeiten haben, müsste der durchschnittliche Abstand zwischen Objekten im gesamten Universum im Großen und Ganzen statisch bleiben. Denn aus unendlich großer Entfernung kämen unendlich viele Objekte, sodass sich immer Objekte in der Umgebung befinden müssten.
Vermutlich stellst du dir eine Situation vor, in der man Objekte in eine Box legt, ihnen zufällige Vektoren gibt und dann die Box entfernt. Dann würden alle die ursprüngliche Grenze der Box verlassen und sich voneinander entfernen, aber das Universum funktioniert nicht so.
Der wichtigste Beleg dafür, dass der Raum expandiert, ist, dass die Geschwindigkeit sich entfernender Objekte über Rotverschiebung gemessen wird. Objekte, die von der Erde gleich weit entfernt sind, aber in entgegengesetzten Bereichen des Raums liegen, entfernen sich mit nahezu derselben gemessenen Geschwindigkeit.
Es gibt praktisch keine bestehende Theorie außer der Expansion des Raums, die die aktuellen Beobachtungen erklärt. Ich würde nicht sagen, dass wir alles verstehen, aber bei dieser speziellen Messung bleibt kaum Raum für Zweifel. Der Raum expandiert, und dadurch entsteht der Effekt, dass sich alle Objekte proportional zu ihrer Entfernung voneinander entfernen.
Es gibt keinen Grund zu glauben, dass Galaxien auf großen Skalen mit zufälligen Richtungen und zufälligen Geschwindigkeiten so unterwegs sind, dass dies die Rotverschiebung erklären würde, die wir als kosmische Expansion bezeichnen.
Wenn die vorgeschlagene Erklärung zuträfe, müssten wir auch Galaxien sehen, die sehr weit entfernt sind und sich sehr langsam auf uns zubewegen, sowie nahe Galaxien, die extrem schnell sind und ursprünglich aus sehr großer Entfernung gekommen sein könnten. Objekte müssten von außerhalb unseres lokalen Universums hereinkommen, aber so etwas passiert nicht.
Innerhalb des Superhaufens überwindet die Gravitation die Expansion der Raumzeit und hält uns zusammen, zumindest derzeit.
Dr. Becky hat in einem Video vor einem Jahr das Problem behandelt, dass die zwei wichtigsten Methoden zur Messung der Expansionsrate — kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung und Supernova-Messungen — unterschiedliche Ergebnisse liefern.
Je genauer die jeweilige Methode wurde, desto weiter gingen die Endergebnisse auseinander.
[0] „the JWST just made the "Crisis in Cosmology" WORSE“
https://www.youtube.com/watch?v=hps-HfpL1vc&t=858s
Persönlich finde ich, dass die Tired-Light-Theorie die Fakten besser erklärt, aber weil dafür ein Paradigmenwechsel nötig wäre, wird es bis zur Revolution viel Widerstand geben.
Auch wenn der Titel direkt aus dem Artikel übernommen wurde, wäre es besser, ihn in etwa so zu ändern: „Neue Daten zeigen, dass Webb- und Hubble-Teleskop bei der Expansionsrate des Universums übereinstimmen, aber nicht mit Messwerten auf Basis der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung.“
Als Titel wäre etwa „Die Hubble-Spannung ist sehr wahrscheinlich nicht auf Messfehler zurückzuführen“ besser.
Die neue Messung scheint nichts wirklich aufzuklären oder die Verwirrung zu beseitigen, sondern bestätigt lediglich die bereits vorhandene Hubble-Messung. Die Hubble-Spannung bleibt weiterhin ein schwieriges Problem.
Eine weitere interessante Diskrepanz, die Wissenschaftler anfangs für einen Messfehler hielten, ist die Axis of Evil.
Das erste Weltraumteleskop Cosmic Background Explorer (COBE), das in den 1990er-Jahren gestartet wurde, erstellte eine Karte der CMB. Darin fand sich ein Muster, bei dem die CMB sehr präzise an der Ebene des Sonnensystems ausgerichtet war, was sich nur schwer als Zufall abtun ließ. Das widerspricht dem kopernikanischen Prinzip, nach dem Erde und Sonnensystem nicht besonders sind und kein Ort im Universum besonders ist.
Wissenschaftler hielten es für eine Anomalie, die am COBE-Teleskop liegen müsse, und erwarteten, dass sie beim nächsten Weltraumteleskop verschwinden würde.
Die 2001 gestartete Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) nahm die CMB genauer und mit höherer Auflösung auf, doch die Anomalie blieb bestehen. Dennoch ging man davon aus, dass bei Messung oder Berechnung irgendetwas falsch sein müsse, und setzte Hoffnungen in ein drittes Weltraumteleskop zur Messung der CMB.
Der 2009 gestartete Planck Surveyor führte noch genauere Messungen durch, aber die Anomalie besteht bis heute. Deshalb erhielt diese Anomalie den Namen „Axis of Evil“ und widerspricht unserem Verständnis des Universums.
Empfehlenswert ist ein 16-minütiges Video von Dr. Becky, das die Streitpunkte rund um die Hubble-Spannung und die jüngsten JWST-Messungen vorstellt.
Es erklärt das Problem gut für ein allgemeines Publikum: https://www.youtube.com/watch?v=hps-HfpL1vc
Es ist zwar ein älteres Video, aber weiterhin relevant und stellt die JWST-Entdeckungen sowie die noch verbleibenden Konfliktpunkte gut dar.
Ich bin mir zu 1000 % sicher, dass die Menschheit in 20, 50, 100 oder 500 Jahren auf die Wissenschaft des 20. und 21. Jahrhunderts so zurückblicken wird, wie wir heute auf das 16. und 17. Jahrhundert blicken.
Einiges wird im Großen und Ganzen richtig gewesen sein, aber das meiste wird man als ungenau, unvollständig oder als eher aus früheren Modellen abgeleitete Vorstellung ansehen.
So war es immer, und diesmal dürfte es nicht anders sein. Die Menschen jeder Epoche dachten, sie hätten das Universum nahezu vollständig verstanden. Ich erinnere mich, gelesen zu haben, dass man Anfang des 20. Jahrhunderts die Wissenschaft weitgehend für abgeschlossen hielt; angesichts von Relativitätstheorie und Quantenphysik wissen wir alle, wie das ausging.
Persönlich fällt es mir schwer zu akzeptieren, dass das Universum nicht einmal 15 Milliarden „Jahre“ alt sein soll. Das heißt nicht, dass es damals kein großes kosmisches Ereignis, also keinen BANG, gegeben hätte, aber ich glaube nicht, dass dies „der Anfang von allem“ war. Das fühlt sich dem Denken „Gott hat das Universum erschaffen“ sehr ähnlich an.
Wissenschaftler sprechen von „Quarks“ oder „dunkler Energie“, aber das sind eher Platzhalter für „wir wissen ungefähr, was es tut, aber nicht, was es tatsächlich ist“.
In 100 oder 500 Jahren werden sich auch Quantenmechanik und Allgemeine Relativitätstheorie als Näherungen oder Schatten einer tieferen Theorie erweisen. Das ändert aber nichts daran, dass ihre Vorhersagen irrsinnig präzise sind.
Unser Verständnis der Realität geht nicht einfach nur voran, sondern nähert sich asymptotisch der tatsächlichen Wahrheit. Eine neue Theorie kann den begrifflichen Rahmen umstürzen, muss aber letztlich zusätzliche Dezimalstellen liefern. Andernfalls wäre sie schlechter als die bestehende Theorie.
Mit besseren Zahlen könnte man vielleicht „ungefähr 20 Milliarden Jahre“ sagen, aber es scheint ziemlich klar, dass die „echte Zahl“ kaum über 100 Milliarden oder 50 Milliarden Jahren liegen kann.
Wer sich für die kosmische Entfernungsleiter interessiert: David Butlers YouTube-Serie „How far away is it?“ ist hervorragend.
Sie behandelt ausführlich Methoden, Geschichte und Beispiele dafür, wie Entfernungen entlang der kosmischen Entfernungsleiter geschätzt werden, und ist sehr zu empfehlen.
https://www.youtube.com/playlist?list=PLpH1IDQEoE8QWWTnWG5cK...