Aktuelle Beobachtungen des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) haben neue Einblicke in die Expansionsrate des Universums gegeben und frühere Messungen bestätigt, die auf Schwankungen im Verlauf seiner Geschichte hinweisen.
Veröffentlicht in The Astrophysical Journal, stehen diese Ergebnisse in engem Einklang mit den Daten des Hubble-Weltraumteleskops und markieren einen bedeutenden Fortschritt bei der Lösung eines langjährigen kosmischen Rätsels, das selbst die fortschrittlichsten kosmologischen Modelle herausfordert.
Professor Adam Riess von der Johns-Hopkins-Universität erklärte: "Die Diskrepanz zwischen der beobachteten Expansionsrate und den Vorhersagen des Standardmodells deutet darauf hin, dass unser Verständnis des Universums unvollständig sein könnte. Mit beiden führenden NASA-Teleskopen, die die Ergebnisse gegenseitig bestätigen, müssen wir die Frage der Hubble-Spannung ernst nehmen; dies stellt sowohl eine Herausforderung als auch eine bemerkenswerte Gelegenheit dar, mehr über unser Universum zu lernen."
Riess, ein Nobelpreisträger, der 2011 für seine Rolle bei der Entdeckung der beschleunigten Expansion des Universums ausgezeichnet wurde, arbeitete mit den Nobelpreisträgern Professor Saul Perlmutter und Professor Brian Schmidt zusammen. Ihre Arbeit zeigte, dass diese Beschleunigung durch eine mysteriöse Kraft namens Dunkle Energie verursacht wird, die die weiten Räume zwischen Sternen und Galaxien durchdringt.
Mit dem größten Datensatz des JWST, der in den ersten zwei Betriebsjahren gesammelt wurde, haben Riess und sein Team die Hubble-Messungen zur Expansionsrate des Universums, bekannt als die Hubble-Konstante, neu bewertet.
Durch die Anwendung von drei unabhängigen Methoden zur Messung der Entfernungen zu Galaxien mit Supernovae fanden die Forscher heraus, dass die Hubble-Konstante weiterhin rätselhaft bleibt. Aktuelle Beobachtungen liefern Werte, die signifikant höher sind als die Vorhersagen des Standardkosmologiemodells, das auf Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie beruht, um die Gravitation auf kosmischen Skalen zu beschreiben.
Das Standardmodell sagt eine Hubble-Konstante von etwa 41,6-42,3 Meilen pro Sekunde pro Megaparsec voraus, während teleskopbasierte Beobachtungen konsistent Werte zwischen 43,5 und 47,2 Meilen pro Sekunde pro Megaparsec liefern. Diese Diskrepanz von etwa 3-3,7 Meilen pro Sekunde pro Megaparsec hat Kosmologen seit über einem Jahrzehnt verwirrt.
Die neue Studie nutzte einen Teil der Hubble-Galaxienbeobachtungen, wobei NGC 4258, die sich 15 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt befindet, als Referenzpunkt diente.
Obwohl ein kleinerer Datensatz verwendet wurde, erreichte das Team eine bemerkenswerte Präzision. Neben der Analyse von Cepheidenvariablen—deren vorhersehbare Helligkeitszyklen sie zu zuverlässigen kosmischen Maßstäben machen—schlossen die Forscher Messungen von kohlenstoffreichen Sternen und den hellsten roten Riesen in derselben Galaxie ein.
In den Galaxien, die vom JWST beobachtet wurden, und den begleitenden Supernovae berechnete das Team eine Hubble-Konstante von 45,1 Meilen pro Sekunde pro Megaparsec, die eng mit Hubbels Messung von 45,2 Meilen pro Sekunde pro Megaparsec für dieselben Galaxien übereinstimmt.
Obwohl die Hubble-Konstante keinen direkten Einfluss auf das Sonnensystem, die Erde oder das tägliche Leben hat, bietet sie entscheidende Einblicke in die Evolution des Universums im großen Maßstab. Wissenschaftler verlassen sich auf diesen Wert, um das Kosmos zu kartieren und ihr Verständnis seiner Entwicklung in den letzten 13-14 Milliarden Jahren seit dem Urknall zu vertiefen.
Die Ergebnisse von Professor Riess könnten neue Perspektiven auf andere Diskrepanzen zwischen den Standardkosmologiemodellen und aktuellen Beobachtungen bieten, insbesondere in Bezug auf die Natur von Dunkler Materie und Dunkler Energie—mysteriöse Bestandteile, die schätzungsweise etwa 96 Prozent der Zusammensetzung des Universums ausmachen. Diese schwer fassbaren Kräfte sind wahrscheinlich verantwortlich für die beobachtete Beschleunigung der Expansion seit den frühen Momenten des Universums nach dem Urknall.
Diese Studie erinnert daran, dass selbst mit modernster Technologie und revolutionären Entdeckungen das Universum weiterhin seine tiefsten Geheimnisse bewahrt. Doch mit Werkzeugen wie dem JWST und Hubble, die zusammenarbeiten, kommt die Menschheit dem Entschlüsseln kosmischer Geheimnisse näher.