Neue JWST-Daten bestätigen, dass sich die Hubble-Spannung verschärft

Während der ersten Milliarde Jahre der Geschichte unseres Universums verlangsamt sich die Expansionsrate des Universums und entfernte Galaxien stagnieren ab unserem Zeitalter, da die Dichte von Materie und Strahlung abnimmt. Allerdings hat sich in den letzten 6 Milliarden Jahren die Stagnation entfernter Galaxien beschleunigt, und die Expansionsrate geht zwar weiter zurück, geht aber nicht gegen Null. Zwei unterschiedliche Methoden zur Messung der Expansionsrate liefern widersprüchliche Werte. Die tatsächliche Expansionsrate bleibt umstritten.

Wir können zufällig in das Universum zurückblicken, wenn unsere Teleskope dies zulassen, und der Galaxienhaufen muss eine bestimmte Entfernungsskala – die akustische Skala – aufweisen, die sich mit der Zeit auf eine bestimmte Weise entwickeln muss, genau wie die akustischen „Höhepunkte und Täler“ im Galaxienhaufen Der kosmische Mikrowellenhintergrund zeigt dies. Maßstab auch. Die Entwicklung dieser Skala im Laufe der Zeit ist ein frühes Überbleibsel, das eine geringe Expansionsrate von etwa 67 km/s/Million Blöcke zeigt.

Der Aufbau der kosmischen Distanzleiter erfordert den Übergang von unserem Sonnensystem zu Sternen, zu nahegelegenen Galaxien und zu entfernten Galaxien. Jede „Stufe“ birgt ihre eigenen Unsicherheiten, insbesondere die Sprossen, an denen die verschiedenen „Läufe“ der Leiter miteinander verbunden sind. Die jüngsten Verbesserungen auf der Distanzleiter haben jedoch gezeigt, wie stark seine Ergebnisse sein können.

Im Jahr 2001 gab es viele verschiedene Fehlerquellen, die die besten Distanzleitermessungen der Hubble-Konstante, der Expansion des Universums, auf deutlich höhere oder niedrigere Werte verzerren konnten. Dank der fleißigen und sorgfältigen Arbeit vieler ist dies nicht mehr möglich, da Fehler stark reduziert wurden. Neue JWST-Arbeiten, die hier nicht gezeigt werden, haben Fehler im Zusammenhang mit Cepheid- und Perioden-Leuchtkraftfehlern weiter reduziert als hier gezeigt.

Der veränderliche Stern RS Puppis, dessen Lichtechos durch interstellare Wolken scheinen. Veränderliche Sterne gibt es in vielen Varianten. Eine davon, die Cepheid-Variablen, kann sowohl innerhalb unserer Galaxie als auch in bis zu 50-60 Millionen Lichtjahren entfernten Galaxien gemessen werden. Dadurch können wir Entfernungen von unserer Galaxie zu entfernten Galaxien im Universum extrapolieren. RR Lyrae- und AGB-Zweigsterne können auf ähnliche Weise verwendet werden.

Die erdnächsten Sterne scheinen sich zyklisch in Bezug auf die weiter entfernten Sterne zu bewegen, während sich die Erde auf einer Umlaufbahn um die Sonne durch den Weltraum bewegt. Bevor wir das heliozentrische Modell erstellten, suchten wir nicht nach „Verschiebungen“ mit einer Basislinie von etwa 300.000.000 km über etwa sechs Monate, sondern nach einer Basislinie von etwa 12.000 km über eine Nacht: dem Durchmesser der Erde, wenn sie sich um ihre Achse dreht. Die Entfernungen zu den Sternen waren so groß, dass die erste Sicht mit einer Basislinie von 300 Millionen km erst in den 1830er Jahren entdeckt wurde. Heute haben wir mit der Gaia-Mission der Europäischen Weltraumorganisation die Parallaxe von mehr als einer Milliarde Sternen gemessen.

Noch im Jahr 2019 gab es nur 19 veröffentlichte Galaxien, deren Entfernungen durch veränderliche Cepheidensterne gemessen wurden, in denen auch Supernovae vom Typ Ia beobachtet wurden. Wir verfügen jetzt über Entfernungsmessungen von einzelnen Sternen in Galaxien, die auch mindestens eine Typ-Ia-Supernova in 42 Galaxien beherbergten, von denen 35 hervorragende Bilder von Hubble haben. Diese 35 Galaxien werden hier gezeigt.

Die Verwendung der kosmischen Distanzleiter bedeutet, verschiedene kosmische Skalen zusammenzusetzen, da man sich immer Sorgen über die Unsicherheit macht, wo die verschiedenen „Läufe“ der Leiter miteinander verbunden sind. Wie hier gezeigt, haben wir jetzt mindestens drei „Absätze“ auf dieser Leiter zurückgelegt, und die gesamten Messungen stimmen erstaunlich gut überein.

Standardkerzen (links) und Standardlineale (rechts) sind zwei verschiedene Methoden, mit denen Astronomen die Ausdehnung des Weltraums zu unterschiedlichen Zeiten/Entfernungen in der Vergangenheit messen. Basierend darauf, wie sich Größen wie Leuchtkraft oder Winkelgröße mit der Entfernung ändern, können wir auf die Geschichte der Expansion des Universums schließen. Die Verwendung der Kerzenmethode ist Teil der Distanzleiter und ergibt 73 km/s/Million Blöcke. Die Verwendung eines Lineals ist Teil der Frühanzeigemethode und ergibt 67 km/s/Mpc. Mit den neuen JWST-Daten hat sich das Rätsel um die Expansionsrate des Universums noch weiter vertieft.