Diese Grafik zeigt die Beziehung zwischen Cepheid-Periode und Leuchtkraft, anhand derer Wissenschaftler die Größe, das Alter und die Expansionsrate des Universums berechnen. Bildnachweis: NASA / JPL-Caltech / Carnegie
Wie schnell wächst unser Universum? Im Laufe der Jahrzehnte wurden unterschiedliche Schätzungen verwendet und Debatten über diese Annäherungen geführt, aber jetzt haben Daten des Spitzer-Weltraumteleskops die bisher genaueste Messung der Hubble-Konstante oder der Geschwindigkeit geliefert, mit der sich unser Universum ausdehnt. Das Ergebnis? Das Universum wird etwas schneller größer als bisher angenommen.
Der neu verfeinerte Wert für die Hubble-Konstante beträgt 74,3 plus oder minus 2,1 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec.
Die bisherige Schätzung stammt aus einer Studie des Hubble-Weltraumteleskops mit 74,2 plus oder minus 3,6 km / s pro Megaparsec. Eine Megaparsec beträgt ungefähr 3 Millionen Lichtjahre.
Um die neuen Messungen durchzuführen, untersuchten Spitzer-Wissenschaftler pulsierende Sterne, sogenannte cephied variable Sterne, und nutzten die Möglichkeit, sie im langwelligen Infrarotlicht beobachten zu können. Darüber hinaus wurden die Ergebnisse mit zuvor veröffentlichten Daten der Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) der NASA zur Dunklen Energie kombiniert. Die neue Bestimmung reduziert die Unsicherheit auf 3 Prozent, ein riesiger Genauigkeitssprung für kosmologische Messungen, sagen Wissenschaftler.
WMAP erhielt eine unabhängige Messung der Dunklen Energie, von der angenommen wird, dass sie einen Kampf gegen die Schwerkraft gewinnt und das Gewebe des Universums auseinander zieht. Die auf dieser Beschleunigung basierende Forschung brachte den Forschern 2011 den Nobelpreis für Physik ein.
Die Hubble-Konstante ist nach dem Astronomen Edwin P. Hubble benannt, der die Welt in den 1920er Jahren in Erstaunen versetzte, indem er bestätigte, dass sich unser Universum seit seiner Explosion vor 13,7 Milliarden Jahren erweitert hat. In den späten 1990er Jahren entdeckten Astronomen, dass sich die Expansion im Laufe der Zeit beschleunigt oder beschleunigt. Die Bestimmung der Expansionsrate ist entscheidend für das Verständnis des Alters und der Größe des Universums.
"Dies ist ein großes Rätsel", sagte die Hauptautorin der neuen Studie, Wendy Freedman von den Observatorien der Carnegie Institution for Science in Pasadena. "Es ist aufregend, dass wir mit Spitzer grundlegende Probleme in der Kosmologie angehen konnten: die genaue Geschwindigkeit, mit der sich das Universum derzeit ausdehnt, sowie die Messung der Menge an dunkler Energie im Universum aus einem anderen Blickwinkel." Freedman leitete die bahnbrechende Hubble-Weltraumteleskopstudie, in der zuvor die Hubble-Konstante gemessen worden war.
Glenn Wahlgren, Spitzer-Programmwissenschaftler am NASA-Hauptsitz in Washington, sagte, die bessere Sicht auf Cepheiden ermöglichte es Spitzer, frühere Messungen der Hubble-Konstante zu verbessern.
"Diese pulsierenden Sterne sind wichtige Sprossen in der von Astronomen als kosmische Entfernungsleiter bezeichneten: eine Reihe von Objekten mit bekannten Entfernungen, die in Kombination mit der Geschwindigkeit, mit der sich die Objekte von uns entfernen, die Expansionsrate des Universums offenbaren", sagte er Wahlgren.
Cepheiden sind für die Berechnungen von entscheidender Bedeutung, da ihre Entfernungen von der Erde leicht gemessen werden können. Im Jahr 1908 entdeckte Henrietta Leavitt, dass diese Sterne mit einer Geschwindigkeit pulsieren, die in direktem Zusammenhang mit ihrer intrinsischen Helligkeit steht.
Stellen Sie sich vor, jemand geht mit einer Kerze von Ihnen weg, um zu veranschaulichen, warum dies wichtig ist. Je weiter die Kerze reiste, desto dunkler wurde sie. Seine scheinbare Helligkeit würde die Entfernung offenbaren. Das gleiche Prinzip gilt für Cepheiden, Standardkerzen in unserem Kosmos. Indem Astronomen messen, wie hell sie am Himmel erscheinen, und diese mit ihrer bekannten Helligkeit vergleichen, als wären sie aus der Nähe, können sie ihre Entfernung von der Erde berechnen.
Spitzer beobachtete 10 Cepheiden in unserer eigenen Milchstraße und 80 in einer nahe gelegenen Nachbargalaxie namens Large Magellanic Cloud. Ohne dass der kosmische Staub ihre Sicht versperrte, konnte das Spitzer-Forscherteam die scheinbare Helligkeit der Sterne und damit ihre Entfernungen genauer messen. Diese Daten ebneten den Weg für eine neue und verbesserte Schätzung der Expansionsrate unseres Universums.
"Vor etwas mehr als einem Jahrzehnt war es nicht möglich, die Wörter" Präzision "und" Kosmologie "im selben Satz zu verwenden, und die Größe und das Alter des Universums waren nicht besser als der Faktor zwei", sagte Freedman. „Jetzt sprechen wir von Genauigkeiten von einigen Prozent. Es ist ziemlich außergewöhnlich. “
"Spitzer macht wieder Wissenschaft, die über das hinausgeht, wofür sie entwickelt wurde", sagte der Projektwissenschaftler Michael Werner vom Jet Propulsion Laboratory der NASA. Werner hat seit seiner frühen Konzeptphase vor mehr als 30 Jahren an der Mission gearbeitet. "Erstens überraschte uns Spitzer mit seiner bahnbrechenden Fähigkeit, Exoplanetenatmosphären zu untersuchen", sagte Werner, "und jetzt, in den späteren Jahren der Mission, ist es ein wertvolles kosmologisches Werkzeug geworden."
Die Studie erscheint im Astrophysical Journal.
Artikel zu arXiv: Eine Mittelinfrarotkalibrierung der Hubble-Konstante
Quelle: JPL
