Im Kosmos schon wieder was Neues.

aus welt.de, 19.10.2022              Das 16.000 Lichtjahre von der Erde entfernte Objekt "G299" ist der Überrest einer Supernova vom Typ Ia

Präzise Vermessung des Universums verschärft kosmologisches Rätsel
Astronomen ermitteln die bislang präzisesten Daten zu Zusammensetzung und Ausdehnung des Universums. Doch die aus Sternenexplosionen errechneten Werte sorgen für ein weiteres Rätsel. Ist ein bislang unbekanntes physikalisches Phänomen im Spiel?

Von Rainer Kayser

Woraus besteht das Universum – und wie schnell dehnt es sich aus? Auf diese Fragen hat ein internationales Forschungsteam die bislang genauesten Antworten ermittelt. Dazu werteten die Astronomen Daten von über 1500 Sternexplosionen in bis zu 10,7 Milliarden Lichtjahren Entfernung aus. Das Problem: Das so ermittelte Tempo der kosmischen Expansion steht in deutlichem Widerspruch zu einem mit einer anderen Methode ermittelten Wert. Das deute auf die Existenz eines bislang unbekannten physikalischen Phänomens im jungen Kosmos hin, schreiben die Wissenschaftler im Fachblatt „Astrophysical Journal“.

Im Rahmen des Projekts Pantheon+ hat das Team den zeitlichen Verlauf der Helligkeit von Sternexplosionen eines bestimmten Typs gesammelt und ausgewertet. Wenn ein Stern wie unsere Sonne seinen nuklearen Energievorrat vollkommen aufgebraucht hat, endet er als Weißer Zwerg. Nur noch etwa so groß wie die Erde, kühlt ein solcher Sternen-Überrest über Jahrmilliarden hinweg langsam ab. Bildet ein solcher Weißer Zwerg jedoch ein Doppelsystem mit einem zweiten großen Stern, so kann er diesem Materie – hauptsächlich Wasserstoff-Gas – entreißen.

Irgendwann hat ein Weißer Zwerg dann so viel frischen Wasserstoff angesammelt, dass es zu einer thermonuklearen Explosion kommt – einer Supernova des Typs Ia. Solche Explosionen sind für Astronomen äußerst wertvoll, denn sie leuchten alle gleich hell auf. Wie hell eine solche Supernova am irdischen Himmel leuchtet, hängt deshalb nur von ihrer Entfernung ab. Aus der beobachteten Helligkeit der Sternexplosion können Astronomen also die Entfernung der Supernova berechnen.

Ausgestattet mit dieser kosmischen Messlatte können Himmelsforscher durch die Beobachtung vieler Supernovae in unterschiedlichen Entfernungen bestimmen, woraus das Universum besteht und wie schnell es sich ausdehnt. Die Daten von Pantheon+ bestätigen zunächst einmal mit bislang unerreichter Genauigkeit das bisherige kosmologische Modell: Die Materie, aus der Sterne, Planeten und auch wir Menschen bestehen, macht nur einen verschwindend kleinen Anteil von etwa fünf Prozent des Kosmos aus. Dominiert wird das Universum von Dunkler Materie und Dunkler Energie. Die Dunkle Materie trägt etwa 29 Prozent zum Kosmos bei und sorgt dafür, dass Galaxien und Galaxienhaufen von der Schwerkraft zusammengehalten werden – allein die sichtbare normale Materie würde dazu nicht ausreichen. Ohne Dunkle Materie wären im Kosmos daher niemals Sterne, Planeten und auch kein Leben entstanden. Die Forscher vermuten, dass die Dunkle Materie aus bislang unbekannten Teilchen besteht. Doch alle Versuche, solche Teilchen aufzuspüren, blieben bislang ohne Ergebnis.

Kosmische Expansion beschleunigt sich

Noch rätselhafter ist die Dunkle Energie. Das Universum ist vor 13,8 Milliarden Jahren beim Urknall entstanden und dehnt sich seither immer weiter aus. Durch die Anziehungskraft der Materie sollte diese kosmische Expansion langsam abgebremst werden. Tatsächlich ist das Gegenteil der Fall: Sie beschleunigt sich. Als Ursache sehen die Forscher eine Art von innerer Energie des Raumes. Die Daten von Pantheon+ zeigen jetzt, dass diese Dunkle Energie sich im Verlauf der kosmischen Geschichte vermutlich nicht verändert hat, sie ist konstant.

Brisant ist die Antwort von Pantheon+ auf die Frage, wie schnell sich das Universum heute ausdehnt. Astronomen beschreiben die Ausdehnungsgeschwindigkeit mit der Hubble-Konstanten, benannt nach Edwin Hubble, dem Entdecker der kosmischen Expansion. Pantheon+ liefert für die Hubble-Konstante einen Wert von 73,4 mit einer Unsicherheit von nur noch 1,3 Prozent.

Es gibt jedoch eine zweite, unabhängige Methode, die Hubble-Konstante zu bestimmen. Sie basiert auf einer genauen Untersuchung der kosmischen Hintergrundstrahlung – einer Art Strahlungsecho des Urknalls – und liefert einen Wert von 67,4 mit einer Unsicherheit von 0,7 Prozent. Die Zahlenwerte geben an, um wie viele Kilometer der Abstand zweier Objekte, die 3,26 Millionen Lichtjahre - ein Megaparsec - auseinander liegen, pro Sekunde zunimmt.

Der Unterschied zwischen den beiden Werten wird als Hubble-Spannung bezeichnet. Bislang gab es unter Forschern immer noch die Hoffnung, dass der Unterschied sich schlicht als statistischer Fehler erweist. Doch mit den neuen Daten von Pantheon+ ist die Wahrscheinlichkeit dafür auf weit unter ein Zehntausendstel Prozent gesunken.

„Wir hatten gehofft, mit unseren Daten eine mögliche Lösung für das Problem zu finden“, sagt Co-Autor Dillon Brout vom Harvard Smithsonian Center for Astrophysics in den USA. „Stattdessen müssen wir viele verbliebene Erklärungen verwerfen und die Unterschiede sind ernster als je zuvor.“ Die Hubble-Spannung deute auf eine neue Physik im jungen Kosmos hin – und inzwischen gibt es dazu viele theoretische Überlegungen. „Aber diese Theorien müssen erst noch dem wissenschaftlichen Prozess standhalten“, so Brout – sich also durch weitere Beobachtungsdaten überprüfen lassen.

Nota. - Reelle Wissenschaft hat nur einen Weg: das, was an Tatsachen bekannt ist, zu einer Theorie zusammenzuführen und die Theorie durch Beobachtung sei's der Natur, sei's künstlicher Experimente zu überprüfen, um sie zu widerlegen, zu präzisieren oder zu bestätigen - und durch weitere Beobachtungen auszubauen. Anschauung ohne Begriff ist blind.

Im hier gegebenen Fall wird die Wissenschaft für eine Weile wohl spekulieren und vielleicht auch raten müssen, aber anders gehts nicht. Doch manchmal kommt es auch vor, dass die schließlich gefundene Lösung auf mehr Fragen antwortet, als eingangs gestellt waren.

JE