Basierend auf zahlreichen Beobachtungen von Sternen und Galaxien stellten Wissenschaftler fest, dass das Universum schneller streut, als die genauesten Modelle des Kosmos zeigen. Die Beweise dafür haben sich im Laufe der Jahre angesammelt, mit dem Ergebnis, dass einige Wissenschaftler diesen Prozess als drohende Krise in der Kosmologie bezeichnen. Die neuesten Daten, die eine Gruppe von Forschern mit dem Hubble-Weltraumteleskop gesammelt hat, legen nahe, dass kein Fehler vorliegen kann, das Universum streut wirklich schneller. Das Puzzle trägt den Namen „Hubble-Stress“ nach dem Astronomen Edwin Hubble. 1929 bemerkte er, dass sich eine Galaxie umso schneller von uns entfernt, je weiter sie von uns entfernt ist. Allerdings sind nicht alle Wissenschaftler mit diesen Ergebnissen einverstanden und argumentieren immer noch, dass die „Hubble-Spannung“ nur ein Artefakt ist. Aber was sind die Vor- und Nachteile?
Neuere Studien zeigen, dass sich das Universum mit Beschleunigung ausdehnt
Inhalt
- 1 Was ist die Hubble-Spannung und wie wurde die Expansionsrate des Universums berechnet
- 2 Kosmische Mikrowellen und eine entfernte Leiter
- 3 Berücksichtigung von Fehlern und Variationen bei der Messung der Expansionsrate des Universums
- 4 Ist die Hubble-Spannung ein Fehler? in Berechnungen?
- 5 Explosion der dunklen Energien und ein verjüngtes Universum
Was ist die Hubble-Spannung und wie wurde die Expansionsrate des Universums berechnet? schwaches Leuchten, das mit dem jungen Universum verbunden ist. Die Studie enthüllte auch einige wichtige kosmische Zutaten wie dunkle Energie, eine mysteriöse Kraft, von der angenommen wird, dass sie die beschleunigte Expansion des Universums antreibt.
Diese beiden Methoden zeigen unterschiedliche Ergebnisse bezüglich der aktuellen Expansionsgeschwindigkeit des Universums. Die Abweichung beträgt etwa 8 Prozent. Dieser Unterschied mag unbedeutend erscheinen, aber wenn er wirklich existiert, dann hat das Universum begonnen, sich schneller auszudehnen als zu Beginn seiner Existenz.
Die meisten Daten, die Wissenschaftler für ihre Berechnungen verwenden, stammen vom Hubble-Teleskop
Mehrere vom Astrophysical Journal veröffentlichte Studien verwenden bestimmte Arten von Sternen und Sternexplosionen, um die Entfernung zwischen uns und nahegelegenen Galaxien zu messen. Der Datensatz umfasst Beobachtungen von 42 verschiedenen Sternexplosionen, mehr als doppelt so groß wie frühere Analysen dieser Art. Den Ergebnissen zufolge hat die Inkonsistenz zwischen ihrer neuen Analyse und den Messungen des frühen Kosmos fünf Sigma erreicht, eine statistische Schwelle, die in der Teilchenphysik verwendet wird, um die Existenz neuer Teilchen zu bestätigen.
Kosmische Mikrowellen und die entfernte Leiter
Eine Möglichkeit, die Hubble-Konstante (die Expansionsrate des Universums) zu erhalten, basiert auf dem kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB), einem schwachen Leuchten, das sich bildete, als das Universum erst 380.000 Jahre alt war. Teleskope wie das Planck-Observatorium der Europäischen Weltraumorganisation haben die CMB vermessen und eine detaillierte Momentaufnahme der Verteilung von Materie und Energie im frühen Universum sowie der Physik, die sie kontrollierte, geliefert.
Mit einem Modell, das viele Eigenschaften des Universums mit bemerkenswertem Erfolg vorhersagt, das als Cold Dark Matter Lambda-Modell bekannt ist, können Kosmologen die Entwicklung des jungen Universums mathematisch berechnen und vorhersagen, wie die heutige Hubble-Konstante aussehen sollte. Nach dieser Methode sollte sich das Universum mit einer Geschwindigkeit von etwa 67,36 Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec ausdehnen.
Ein Megaparsec entspricht 3,26 Millionen Lichtjahren.
Wissenschaftler verwenden Daten von Sternen und Galaxien, um die Hubble-Konstante zu berechnen
Andere Teams messen die Hubble-Konstante, indem sie ein „lokales“ Universum betrachten, das heißt modernere Sterne und Galaxien, die uns relativ nahe sind. Diese Version der Berechnung erfordert zwei Arten von Daten: wie schnell sich die Galaxie von uns entfernt und wie weit diese Galaxie ist. Für diese Methode müssen Astronomen eine sogenannte Weltraumdistanzleiter entwickeln.
Die neue Erforschungsleiter der Weltraumdistanzen, zusammengestellt von der SHoES-Forschungsgruppe, beginnt mit der Messung der Entfernungen zwischen uns und bestimmten Arten von Sternen, genannt Cepheiden-Variablen. Um die Leiter noch weiter zu erweitern, fügten Astronomen Sprossen hinzu, die auf Sternexplosionen basieren, die als Supernovae vom Typ 1a bezeichnet werden.
Durch das Studium von Galaxien, die sowohl Cepheiden als auch Supernovae vom Typ 1a enthalten, können Astronomen eine Beziehung zwischen der Helligkeit von Supernovae und der Entfernung zu ihnen herstellen. Da Supernovae vom Typ 1a viel heller sind als Cepheiden, können sie in viel größeren Entfernungen gesehen werden, sodass Astronomen ihre Messungen auf Galaxien ausweiten können, die tiefer im Weltraum liegen.
Bei der Berechnung der Hubble-Konstanten können Fehler auftreten, da es schwierig ist, genaue Informationen über Supernovae und andere Weltraumobjekte zu erhalten, die sich in großer Entfernung von der Erde befinden
Berücksichtigung von Fehlern und Schwankungen bei der Messung der Expansionsrate des Universums
Das Problem bei der Berechnung der Hubble-Konstanten besteht darin, dass es extrem schwierig ist, die Daten aller Sterne und Supernovae genau zu messen. Technisch gesehen sehen nicht alle Cepheiden und Supernovae vom Typ 1a gleich aus. Einige von ihnen können unterschiedliche Zusammensetzungen, unterschiedliche Farben oder unterschiedliche Arten von Wirtsgalaxien haben. Astronomen haben viele Jahre damit verbracht, herauszufinden, wie all diese Variabilität zu erklären ist. Es ist jedoch äußerst schwierig, mit Sicherheit zu sagen, dass sich in der einen oder anderen Dimension kein Fehler eingeschlichen hat.
Um diese Probleme anzugehen, hat eine Forschungsgruppe namens Pantheon + mehr als 1.700 Beobachtungen des Typs 1a ausführlich analysiert Supernovae gesammelt von 1981 Jahr. Die Analyse umfasste eine Quantifizierung aller bekannten Unsicherheiten und Quellen von Verzerrungen.
Die unter Berücksichtigung möglicher Fehler erhaltene Hubble-Konstante bestätigte die Beschleunigung der Expansion des Universums
Nach einer umfassenden Kreuzvalidierung von Faktoren, die die Cepheid-Beobachtungen beeinflussen könnten, gab das Team die genaueste Schätzung für die Hubble-Konstante von 73,04 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec ab, plus oder minus 1,04. Dies ist etwa 8 % höher als der aus CMB-Messungen des Planck-Observatoriums abgeleitete Wert.
Das Team hat auch alle Anstrengungen unternommen, um die Ideen externer Wissenschaftler zu testen, warum seine Schätzung der Hubble-Konstante höher ist als die von Planck schätzen. Insgesamt untersuchten die Forscher 67 Analysen, von denen viele das Hubble-Spannungsrätsel verschärften.
Ist die Hubble-Spannung ein Rechenfehler?
Wendy Friedman, Wissenschaftlerin an der University of Chicago, arbeitete an einer Schätzung, die nicht auf pulsierenden Sternen basiert. Stattdessen verwendete sie eine bestimmte Gruppe von roten Riesensternen, die sich wie Glühbirnen mit bekannter Wattzahl verhalten. Basierend auf diesen alternativen Objekten mit bekannter interner Helligkeit betrug die Hubble-Konstante 69,8 km/s pro Megaparsec.
Die Wissenschaftlerin Wendy Friedman hat die Hubble-Konstante unabhängig berechnet, indem sie & # 171; zuverlässig & # 187; Quellen
Trotz der akribischen Arbeit des Teams können unerkannte Fehler die Analyse beeinträchtigen, sagt Friedman, und möglicherweise illusorische Spannungen erzeugen. Einige Quellen der Unsicherheit seien unvermeidlich, sagte sie. Es gibt nur drei Galaxien, die nahe genug an der Milchstraße sind, sodass wir Entfernungen direkt messen können.
Die Teams von Pantheon + und SH0ES haben sich die Ergebnisse von Friedman und anderen genau angesehen. Laut ihrer Arbeit verringert die Einbeziehung zusätzlicher Sterne, die Friedman verwendet hat, die Schätzung der Hubble-Konstante geringfügig, lindert jedoch die Spannungen nicht. Und wenn die Hubble-Spannung wirklich unsere physikalische Realität widerspiegelt, wie Wissenschaftler argumentieren, dann müssen wir, um sie zu erklären, wahrscheinlich einen weiteren Punkt zu unserer Liste der grundlegenden Komponenten des Universums hinzufügen.
Eine dunkle Energieexplosion und ein verjüngtes Universum
Einer Theorie zufolge gab es etwa 50.000 Jahre nach dem Urknall einen kurzen Ausbruch dunkler Energie. Im Prinzip könnte ein kurzer Ausbruch zusätzlicher dunkler Energie die Expansionsrate des frühen Universums genug verändern, um einen Hubble-Stress zu erzeugen, ohne das Standardmodell der Kosmologie zu verletzen.
Das James-Webb-Teleskop wird wahrscheinlich dazu beitragen, genauere Informationen über die Expansionsrate des Universums zu erhalten
Aber Kosmologen zufolge wird das Alter des Universums von derzeit 13,8 Milliarden Jahren auf etwa 13 Milliarden Jahre sinken . Zu diesem Zeitpunkt gibt es keine klaren Hinweise auf frühe dunkle Energie. Obwohl es noch einige Hinweise gibt. Im September sagte das Atacama Cosmological Telescope, eine Institution in Chile, die den kosmischen Mikrowellenhintergrund misst, dass das Modell einschließlich der frühen dunklen Energie besser zu ihren Daten passt als das kosmologische Standardmodell. Es gibt zwar eine Theorie, nach der Dunkle Materie im Gegenteil die Expansion des Universums verlangsamte.
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Offensichtlich sind zusätzliche, genauere Beobachtungen erforderlich, um die Hubble-Spannung zu entschlüsseln. Der letzte Punkt im Streit um die Expansionsrate des Universums wird vielleicht das James Webb Telescope sein, das die zuvor vom Hubble-Teleskop durchgeführten Messungen noch einmal überprüfen wird.