Dunkle Energie oder Messfehler? James-Webb-Teleskop bestätigt „Hubble-Konstante“

Die Geschwindigkeit, mit der sich das Universum ausdehnt, wird als „Hubble-Konstante“ bezeichnet und ist einer unserer grundlegenden Parameter für das Verständnis der Entwicklung des Kosmos. Unter der sogenannten „Hubble-Spannung“ wiederum verstehen wir das Phänomen, dass die Messungen der Hubble-Konstante nicht zu einem eindeutigen Wert führen.

Das wurde bislang auf optische Einschränkungen zurückgeführt, die dem Hubble-Teleskop, das maßgeblich zur Bestimmung der Konstante eingesetzt wurde, technisch innewohnen. Hinzu kommt, dass die Himmelskörper, die zur Messung besonders geeignet sind, besonders weit von uns entfernt liegen.

Das erläutert der Nobelpreisträger Adam Riess von der Johns-Hopkins-Universität und dem Space-Telescope-Science-Institut recht plakativ so: „Hatten Sie schon einmal Mühe, ein Zeichen zu erkennen, das am Rande Ihrer Sichtweite lag? Was steht darauf? Was bedeutet es?“

Dabei bezieht er sich auf eine bestimmte Klasse von Sternen, die sogenannten Cepheiden-Variablen. Die haben sich seit gut Hundert Jahren als für die Entfernungsmessungen am geeignetsten erwiesen.

Das liegt daran, dass diese Sterne außergewöhnlich hell sind. Sie leuchten mit einer Kraft, die die unserer Sonne um den Faktor 100.000 übersteigt. Zudem pulsieren sie, wodurch sich ihre relative Leuchtkraft berechnen lässt.

Deshalb sind sie das Standardinstrument für die Messung der Entfernungen von Galaxien, die mindestens Hundert Millionen Lichtjahre entfernt sind. Weil die Cepheiden aber selbst so weit weg sind, erscheinen sie laut Riess „von unserem entfernten Standpunkt aus auf engstem Raum zusammengedrängt, sodass uns oft die Auflösung fehlt, um sie von ihren Nachbarn auf der Sichtlinie zu unterscheiden“.

Vom Einsatz des neuen James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) hatten sich Riess und sein Forschungsteam vor allem deshalb einiges versprochen, weil dessen Infrarot-Instrumente durch Gas- und Staubwolken, die sich in der Sichtlinie befinden können, hindurchblicken können. Das kann das seit 1990 im Einsatz befindliche Hubble-Teleskop nicht.

Was das JWST nun bestätigt hat, klingt auf den ersten Blick unspektakulär. Danach haben sich die bisherigen Messungen der Hubble-Konstante als recht präzise erwiesen.

Zwar können wir mit den akkurateren Messungen jetzt bestätigen, dass sich das Universum schneller als gedacht ausdehnt, allerdings geben auch die neuen Messungen weiterhin keine Hinweise darauf, warum das der Fall ist. Auch mit gängigen Computermodellen ist es der Forschung bislang nicht gelungen, einen Erklärungsansatz anzubieten.

Riess dazu: „Die aufregendste Möglichkeit ist, dass die Spannung ein Hinweis auf etwas ist, das wir in unserem Verständnis des Kosmos vermissen.“ So könnte die Diskrepanz zwischen Vorhersage und tatsächlicher Ausdehnung „auf das Vorhandensein von exotischer dunkler Energie, exotischer dunkler Materie, eine Revision unseres Verständnisses der Schwerkraft oder das Vorhandensein eines einzigartigen Teilchens oder Feldes hinweisen“.

Zwar gebe es auch den weitaus simpleren Erklärungsansatz, dass sich mehrere Messfehler in dieselbe Richtung auswirken und sich dadurch potenzieren. Dass indes das JWST zu den gleichen Ergebnissen gelangt, lässt die Forschenden an dieser banalen Theorie zweifeln.

„Damit bleiben die interessanteren Möglichkeiten auf dem Tisch und das Geheimnis der Spannung vertieft sich“, resümiert Reiss. Die Forschungsergebnisse sind zur Veröffentlichung im Astrophysical Journal vorgesehen.