Kosmische Ausdehnung: Das Weltall ist auf unerwartet schnellem Wachstumskurs

Größer, schneller, weiter: Das Universum wächst stärker als erwartet. Das bestätigen neue Untersuchungen mit dem Weltraumteleskop «Hubble». Die Expansionsrate des Kosmos liegt demnach gegenwärtig rund zehn Prozent über dem eigentlich von Astrophysikern erwarteten Wert.

Kosmischer Hefeteig

Forscher um US-Nobelpreisträger Adam Riess von der Johns Hopkins University und dem Space Telescope Science Institute in Baltimore stellen ihre Untersuchungen im Fachblatt "The Astrophysical Journal" vor. Die Studie stützt frühere Befunde, nach denen die Ausdehnungsgeschwindigkeit des Weltalls von den Vorhersagen abweicht.

Seit dem Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren dehnt sich das Universum aus wie ein Hefeteig mit Rosinen: Der Abstand aller Rosinen im Teig wächst, und zwar umso schneller, je weiter die Rosinen voneinander entfernt sind. So verhält es sich auch mit den Galaxien im Weltall - je größer ihr Abstand, desto schneller entfernen sie sich voneinander. Das Maß für die kosmische Expansion ist die Hubble-Konstante. Ihr erwarteter Wert liegt bei 67 Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec. Ein Megaparsec ist eine astronomische Längeneinheit und entspricht rund 3,3 Millionen Lichtjahren - ein Lichtjahr wiederum ist die Strecke, die das Licht in einem Jahr zurücklegt: knapp zehn Billionen Kilometer.

Je weiter, desto schneller

Das bedeutet, eine Galaxie in 3,3 Millionen Lichtjahren Distanz sollte sich mit 67 Kilometern pro Sekunde von uns entfernen, eine in 33 Millionen Lichtjahren Entfernung bereits mit 670 Kilometern pro Sekunde und so weiter. Dieser Wert fußt auf extrem genauen Beobachtungen des ganz jungen Universums mit dem Satelliten «Planck» der europäischen Raumfahrtagentur Esa, der das Echo des Urknalls untersucht und damit weit in der Zeit zurückgeschaut hat. Messungen in unserer kosmischen Umgebung zeigen jedoch, dass die Hubble-Konstante heute bei 74 Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec liegt.

Seit Jahren versuchen Forscher herauszufinden, ob diese Abweichung an zufälligen Schwankungen liegt oder womöglich an bisher unentdeckten physikalischen Faktoren. Das Team um Riess hat jetzt kosmische Meilensteine genauer geeicht, die Astronomen häufig zur Entfernungsmessung benutzen. Dabei handelt es sich um veränderliche Sterne vom Typ der Cepheiden, deren Helligkeit regelmäßig schwankt. Die Länge der Schwankung hängt von der absoluten Helligkeit der Sterne ab. Kennt man den Takt eines Cepheiden, kann man daraus seine absolute Helligkeit berechnen. Aus der gemessenen Helligkeit ergibt sich dann, wie weit der Stern entfernt ist.

Mit ein bisschen Hilfe der Cepheiden

Mit dem «Hubble»-Weltraumteleskop analysierten die Forscher Dutzende der auch sonst bei der Beantwortung astronomischer Fragen oft hilfreichen Cepheiden in der Großen Magellanschen Wolke, einer Satellitengalaxie unserer Milchstraße. Dank unabhängiger Entfernungsmessungen ließ sich die Beziehung zwischen absoluter Helligkeit der Cepheiden und ihrem Takt deutlich genauer bestimmen. Dadurch reduziert sich die Wahrscheinlichkeit einer zufälligen Abweichung der gemessenen von der erwarteten Hubble-Konstante von eins zu 3000 auf eins zu 100 000. Die Abweichung habe damit einen Punkt erreicht, der nicht mehr als Zufall bezeichnet werden könne, betont Riess in einer Mitteilung seiner Universität.

«Das sind nicht nur zwei Experimente, die nicht übereinstimmen», erläutert der Nobelpreisträger. Es handele sich vielmehr um einen grundlegenden Unterschied. «Das eine ist eine Messung, wie schnell sich das Universum, wie wir es sehen, heute ausdehnt. Das andere ist eine Vorhersage, basierend auf Messungen und der Physik des frühen Universums, wie schnell es sich ausdehnen sollte. Wenn diese Werte nicht übereinstimmen, fehlt in unserem kosmologischen Modell sehr wahrscheinlich etwas, das die beiden Epochen verbindet.»

Ursachen im Dunkeln

Bei der Suche nach der Ursache der stärker beschleunigten Ausdehnung des Weltalls tappen die Forscher wortwörtlich noch im Dunklen: Eine mögliche Rolle könnte die mysteriöse Dunkle Energie spielen, die heute knapp 70 Prozent des Inhalts des Universums stellt und deren Natur noch völlig unbekannt ist. Sie treibt das Universum vermutlich immer schneller auseinander und könnte eventuell auch die nochmal schnellere Expansion erklären. Eine andere Möglichkeit wäre, dass die ebenso geheimnisvolle Dunkle Materie, die im Universum mehr als fünfmal häufiger ist als die uns vertraute Materie, stärker mit Strahlung und gewöhnlicher Materie wechselwirkt als angenommen. (Till Mundzeck, dpa)

Hinweis der Redaktion: In den Bildtext zu diesem Artikel hatte sich ein Fehler eingeschlichen. Dort stand etwas von einer Nachbargalaxie unseres Universums, und gemeint war natürlich eine Nachbargalaxie unserer eigenen Galaxie, auch bekannt unter der deutschen Übersetzung des Namens eines bekannten Schokoriegels. Wir haben den Fehler korrigiert.