Astronomen verbessern ihre Entfernungsskala für das Universum. Leider löst es nicht die Krise in der Kosmologie
Die Ausdehnung des Universums zu messen ist schwierig. Zum einen, weil das Universumisterweitert, beeinflusst der Maßstab Ihrer Entfernungsmessungen den Maßstab der Erweiterung. Und da Licht von fernen Galaxien lange braucht, um uns zu erreichen, können Sie nicht messen, was das Universumist, sondern was es istwar. Dann ist da noch die Herausforderung der kosmischen Distanzleiter.
Die Entfernungsleiter ergibt sich aus der Tatsache, dass wir zwar viele Möglichkeiten haben, kosmische Entfernungen zu messen, aber keine davon funktioniert in allen Maßstäben. Die größten Entfernungen werden beispielsweise durch die Messung der scheinbaren Helligkeit von Supernovae in entfernten Galaxien bestimmt. Das funktioniert über Milliarden von Lichtjahren hinweg hervorragend, aber es gibt nicht genug Supernovae in der Milchstraße, um Entfernungen in der Nähe zu messen. Die vielleicht genaueste Entfernungsmessung verwendet Parallaxe, die die scheinbare Verschiebung der Position eines Sterns misst, wenn die Erde die Sonne umkreist. Parallaxe ist eine Frage der einfachen Geometrie, aber sie ist nur auf ein paar tausend Lichtjahre genau.
Einige der Methoden zur Messung kosmischer Distanzen. Bildnachweis: Tabitha Dillinger
Aus diesem Grund messen Astronomen den Maßstab oft, indem sie eine Methode auf der anderen aufbauen. Verwenden Sie Parallaxe für die nächstgelegenen Sterne, einschließlich einer Art veränderlicher Sterne, die als Cepheiden-Variablen bekannt sind. Cepheiden variieren in der Helligkeit proportional zu ihrer durchschnittlichen Leuchtkraft, sodass Sie sie verwenden können, um Entfernungen von bis zu 100 Millionen Lichtjahren oder so zu messen. Supernovae treten ständig in diesem Bereich auf, sodass Sie dann Supernova-Messungen verwenden können, um Entfernungen über Milliarden von Lichtjahren zu bestimmen. Dies sind nicht die einzigen Methoden, die in der kosmischen Distanzleiter verwendet werden, aber jede Methode hat eine begrenzte Reichweite und eine begrenzte Genauigkeit.
Da jede von Ihnen durchgeführte Messung eine Unsicherheit aufweist, können sich Fehler in der Entfernungsleiter einbauen. Wenn Ihre Parallaxenmessungen etwas abweichen, werden Ihre Cepheiden-Messungen von Anfang an abweichen und Ihre Supernova-Messungen sind noch ungenauer. Aus diesem Grund erhalten wir, wenn wir die kosmische Expansion mit verschiedenen Methoden messen: Ergebnisse, die leicht widersprechen. Dies wird als kosmische Spannung bezeichnet. In der Vergangenheit war dies kein großes Problem. Während verschiedene Methoden unterschiedliche Ergebnisse lieferten, war die Messunsicherheit groß genug, dass sich die Ergebnisse überlappten. Aber wenn unsere Messungen genauer werden, überlappen sie sich nicht mehr. Sie sind absolut anderer Meinung.
Das neue Abstandsleiter-Maß stimmt nicht mit dem Planck-Maß überein. Bildnachweis: Riess et al
Um dieses Problem zu lösen, hat sich ein Team von Astronomen kürzlich darauf konzentriert, die kosmische Distanzleiter genauer zu machen. Ihr Fokus liegt auf Parallaxenmessungen, also dem Untergrund, auf dem die Distanzleiter steht. In diesem Fall verwenden sie Daten der Raumsonde Gaia. Gaia hat die Parallaxe und Bewegung von mehr als einer Milliarde Sternen gemessen, einschließlich der variablen Sterne der Cepheiden. Daraus reduzierte das Team die Unsicherheit der Cepheid-Distanzmethode auf nur 1 %. Unter Verwendung dieses neuen Ergebnisses in der kosmischen Distanzleiter erhalten sie eine Messung für die Hubble-Konstante (die Geschwindigkeit der kosmischen Expansion) zwischen 71,6 und 74,4 km/s/Mpc. Das ist großartig, steht jedoch im Widerspruch zu anderen Methoden, insbesondere zu Daten aus der Planck-Satellitenmessung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, die einen Wert zwischen 67,2 und 68,1 km/s/Mpc ergibt.
Es scheint, dass das Spannungsproblem umso schlimmer wird, je genauer unsere Messungen sind. Es gibt etwas an der kosmischen Expansion, das wir eindeutig nicht verstehen, und wir können nur hoffen, dass uns mehr und bessere Daten zu einer Lösung führen.
Referenz:Riess, Adam G., et al. “ Mit Gaia EDR3 Parallaxes und Hubble Space Telescope Photometrie von 75 Milchstraßen-Cepheiden auf 1% Präzision kalibrierte kosmische Distanzen bestätigen Spannung mit LambdaCDM . 'arXiv-VordruckarXiv: 2012.08534 (2020).