Bildnachweis: Hubble
Dank des Hubble-Weltraumteleskops verwenden Astronomen alte Sterne in der Milchstraße, um eine unabhängige Schätzung über das Alter des Universums zu erstellen. In der Vergangenheit haben Astronomen dieses Alter anhand seiner Expansionsrate berechnet und es auf ein Alter von 13 bis 14 Milliarden Jahren festgelegt. Mit dieser neuen Methode zielten die Astronomen auf alte weiße Zwergsterne, die mit einer sehr vorhersehbaren Geschwindigkeit abkühlen. Diese Sterne wurden zu Beginn des Universums gebildet und die Astronomen konnten ihr Alter auf 12 bis 13 Milliarden Jahre schätzen. Nahe genug.
Das Hubble-Weltraumteleskop der NASA hat die Grenzen seiner leistungsstarken Vision ausgereizt und die ältesten ausgebrannten Sterne in unserer Milchstraße entdeckt. Diese extrem alten, schwachen „Uhrwerksterne“ liefern eine völlig unabhängige Ablesung des Alters des Universums, ohne sich auf Messungen der Expansion des Universums zu verlassen.
Die alten weißen Zwergsterne, wie sie von Hubble gesehen wurden, sind 12 bis 13 Milliarden Jahre alt. Da frühere Hubble-Beobachtungen zeigen, dass sich die ersten Sterne weniger als 1 Milliarde Jahre nach der Geburt des Universums im Urknall bildeten, bringt das Auffinden der ältesten Sterne die Astronomen in greifbare Nähe, um das absolute Alter des Universums zu berechnen.
Obwohl frühere Hubble-Forschungen das Alter des Universums basierend auf der Expansionsrate des Weltraums auf 13 bis 14 Milliarden Jahre festgelegt haben, ist der Geburtstag des Universums ein so grundlegender und tiefgreifender Wert, dass Astronomen seit langem nach anderen Techniken zur Altersbestimmung gesucht haben, um ihr Alter zu überprüfen Schlussfolgerungen. „Diese neue Beobachtung schließt die Frage nach dem Alter kurz und bietet eine völlig unabhängige Möglichkeit, diesen Wert festzulegen“, sagt Harvey Richer von der University of British Columbia, Kanada.
Die neuen Beobachtungen zur Altersbestimmung wurden von Richer und Kollegen durchgeführt, indem sie Hubble benutzten, um nach schwer fassbaren alten Sternen zu suchen, die in einem 5.600 Lichtjahre entfernten Kugelsternhaufen im Sternbild Skorpion versteckt sind. Die Ergebnisse sollen in den Astrophysical Journal Letters veröffentlicht werden.
Konzeptionell ist die neue Altersbestimmung so einfach wie die Schätzung, wie lange es her ist, dass ein Lagerfeuer brannte, indem man die Temperatur der glimmenden Kohlen misst. Für Hubble sind die „Kohlen“ weiße Zwergsterne, die ausgebrannten Überreste der frühesten Sterne, die sich in unserer Galaxie gebildet haben.
Heiße, dichte Kugeln aus Kohlenstoff-„Asche“, die der Kernofen des längst toten Sterns hinterlassen hat, kühlen weiße Zwerge mit einer vorhersehbaren Geschwindigkeit ab ? Je älter der Zwerg ist, desto kühler ist er, was ihn zu einer perfekten „Uhr“ macht, die fast so lange tickt, wie das Universum existiert.
Dieser Ansatz gilt als zuverlässiger als die Altersbestimmung der ältesten noch brennenden Sterne durch Kernfusion, die auf komplexen Modellen und Berechnungen darüber beruht, wie ein Stern seinen Kernbrennstoff verbrennt und altert. Weiße Zwerge lassen sich leichter altern, weil sie einfach abkühlen, aber der Trick bestand immer darin, die dunkelsten und damit am längsten laufenden „Uhren“ zu finden.
Wenn Weiße Zwerge abkühlen, werden sie schwächer, und dies erforderte, dass Hubble viele Schnappschüsse des alten Kugelsternhaufens M4 machte. Die Beobachtungen beliefen sich auf fast acht Tage Expositionszeit über einen Zeitraum von 67 Tagen. Dadurch konnten noch lichtschwächere Zwerge sichtbar werden, bis endlich die kühlsten ? und älteste? Zwerge wurden gesehen. Diese Sterne sind so schwach (bei der 30. Größe - was erheblich lichtschwächer ist, als ursprünglich für jede Hubble-Teleskopaufnahme mit den Originalkameras erwartet wurde), dass sie weniger als ein Milliardstel der scheinbaren Helligkeit der schwächsten Sterne haben, die mit bloßem Auge zu sehen sind .
Kugelsternhaufen sind die ersten Siedler der Milchstraße. Viele schlossen sich zusammen, um das Zentrum unserer Galaxie zu bilden, und bildeten sich Milliarden von Jahren vor dem Erscheinen der großartigen Windradscheibe der Milchstraße (wie durch Richers Beobachtungen weiter bestätigt). Heute überleben 150 Kugelsternhaufen im galaktischen Halo. Der Kugelsternhaufen M4 wurde ausgewählt, weil er der Erde am nächsten ist, sodass die an sich schwächsten Weißen Zwerge anscheinend immer noch hell genug sind, um von Hubble erkannt zu werden.
1928 erkannten Edwin Hubbles Messungen von Galaxien, dass sich das Universum gleichmäßig ausdehnte, was bedeutete, dass das Universum ein endliches Alter hatte, das durch mathematische „Rückwärtsrechnung“ abgeschätzt werden konnte. Edwin Hubble schätzte zuerst, dass das Universum nur 2 Milliarden Jahre alt war. Unsicherheiten über die wahre Expansionsrate führten Ende der 1970er Jahre zu einer lebhaften Debatte mit Schätzungen zwischen 8 und 18 Milliarden Jahren. Schätzungen des Alters der ältesten normalen „Hauptreihen“-Sterne widersprachen dem niedrigeren Wert, da Sterne nicht älter sein konnten als das Universum selbst.
1997 durchbrachen Hubble-Astronomen diese Sackgasse, indem sie triumphierend ein zuverlässiges Alter für das Universum verkündeten, das aus einer sehr genauen Messung der Expansionsrate berechnet wurde. Das Bild wurde bald komplizierter, als Astronomen mit Hubble und bodengestützten Observatorien entdeckten, dass sich das Universum nicht mit konstanter Geschwindigkeit ausdehnt, sondern aufgrund einer unbekannten abstoßenden Kraft namens „dunkle Energie“ beschleunigt. Wenn dunkle Energie in die Expansionsgeschichte des Universums eingerechnet wird, erreichen Astronomen ein Alter für das Universum von 13 bis 14 Milliarden Jahren. Dieses Alter wird nun unabhängig durch das von Hubble gemessene Alter der „Uhrwerk“-Weißen Zwerge bestätigt.
Originalquelle: Hubble-Pressemitteilung