Nahezu jede einzelne astronomische Messung hängt von der Hubble-Konstante ab, einer Zahl, die die Ausdehnung des Universums berechnet. Dies bestätigt, dass das Universum immer noch zwischen 12 und 14 Milliarden Jahre alt ist.
Eine kritisch wichtige Zahl, die die Expansionsrate des Universums angibt, die sogenannte Hubble-Konstante, wurde mithilfe des Chandra-Röntgenobservatoriums der NASA unabhängig bestimmt. Dieser neue Wert entspricht den jüngsten Messungen mit anderen Methoden und erweitert ihre Gültigkeit auf größere Entfernungen, sodass Astronomen frühere Epochen in der Evolution des Universums untersuchen können.
"Der Grund, warum dieses Ergebnis so bedeutend ist, ist, dass wir die Hubble-Konstante benötigen, um die Größe des Universums, sein Alter und die Menge an Materie, die es enthält, zu ermitteln", sagte Max Bonamente vom Marshall Space Flight Center (MSFC) der NASA in Huntsville. Ala., Hauptautor des Papiers, das die Ergebnisse beschreibt. "Astronomen müssen dieser Zahl unbedingt vertrauen, da wir sie für unzählige Berechnungen verwenden."
Die Hubble-Konstante wird berechnet, indem die Geschwindigkeit gemessen wird, mit der sich Objekte von uns entfernen, und durch ihre Entfernung dividiert wird. Die meisten früheren Versuche, die Hubble-Konstante zu bestimmen, umfassten die Verwendung eines mehrstufigen Ansatzes oder einer Entfernungsleiter, bei der die Entfernung zu nahe gelegenen Galaxien als Grundlage für die Bestimmung größerer Entfernungen verwendet wird.
Der gebräuchlichste Ansatz war die Verwendung eines gut untersuchten Typs pulsierenden Sterns, der als Cepheid-Variable bekannt ist, in Verbindung mit weiter entfernten Supernovae, um Entfernungen über das Universum zu verfolgen. Wissenschaftler, die diese Methode verwendeten, und Beobachtungen vom Hubble-Weltraumteleskop konnten die Hubble-Konstante auf 10% genau messen. Nur unabhängige Kontrollen würden ihnen jedoch das gewünschte Vertrauen geben, wenn man bedenkt, dass ein Großteil unseres Verständnisses des Universums in der Schwebe liegt.
Durch die Kombination von Röntgendaten aus Chandra mit Funkbeobachtungen von Galaxienhaufen ermittelte das Team die Entfernungen zu 38 Galaxienhaufen zwischen 1,4 und 9,3 Milliarden Lichtjahren von der Erde. Diese Ergebnisse beruhen nicht auf der herkömmlichen Distanzleiter. Bonamente und seine Kollegen stellen fest, dass die Hubble-Konstante 77 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec beträgt (ein Megaparsec entspricht 3,26 Millionen Lichtjahren), mit einer Unsicherheit von etwa 15%.
Dieses Ergebnis stimmt mit den Werten überein, die unter Verwendung anderer Techniken bestimmt wurden. Die Hubble-Konstante hatte zuvor basierend auf Beobachtungen des Hubble-Weltraumteleskops 72, 8 Kilometer pro Sekunde und Kiloparsec ergeben. Das neue Chandra-Ergebnis ist wichtig, da es die unabhängige Bestätigung bietet, dass Wissenschaftler das Alter des Universums zwischen 12 und 14 Milliarden Jahren gesucht und festgelegt haben.
"Diese neuen Ergebnisse sind völlig unabhängig von allen bisherigen Methoden zur Messung der Hubble-Konstante", sagte Teammitglied Marshall Joy, ebenfalls von MSFC.
Die Astronomen verwendeten ein Phänomen, das als Sunyaev-Zeldovich-Effekt bekannt ist, bei dem Photonen im kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB) mit Elektronen im heißen Gas interagieren, das die riesigen Galaxienhaufen durchdringt. Die Photonen gewinnen Energie aus dieser Wechselwirkung, wodurch das Signal vom Mikrowellenhintergrund in Richtung der Cluster verzerrt wird. Die Größe dieser Verzerrung hängt von der Dichte und Temperatur der heißen Elektronen und der physikalischen Größe des Clusters ab. Mit Radioteleskopen zur Messung der Verzerrung des Mikrowellenhintergrunds und Chandra zur Messung der Eigenschaften des heißen Gases kann die physikalische Größe des Clusters bestimmt werden. Aus dieser physikalischen Größe und einer einfachen Messung des vom Cluster eingeschlossenen Winkels können die Geometrieregeln verwendet werden, um seinen Abstand abzuleiten. Die Hubble-Konstante wird bestimmt, indem zuvor gemessene Clustergeschwindigkeiten durch diese neu abgeleiteten Abstände dividiert werden.
Dieses Projekt wurde von Chandras Teleskopspiegeldesigner Leon Van Speybroeck, der 2002 verstarb, unterstützt. Der Grundstein wurde gelegt, als die Teammitglieder John Carlstrom (Universität von Chicago) und Marshall Joy sorgfältige Funkmessungen der Verzerrungen in der CMB-Strahlung mithilfe von Funk erhielten Teleskope am Berkeley-Illinois-Maryland Array und am Caltech Owens Valley Radio Observatory. Um die genauen Röntgeneigenschaften des Gases in diesen entfernten Clustern zu messen, war ein weltraumgestütztes Röntgenteleskop mit der Auflösung und Empfindlichkeit von Chandra erforderlich.
"Es war eines von Leons Zielen, dieses Projekt zu verwirklichen, und es macht mich sehr stolz, dass dies verwirklicht wird", sagte der Chandra-Projektwissenschaftler Martin Weisskopf von MSFC.
Die Ergebnisse werden in einem Artikel beschrieben, der in der Ausgabe des Astrophysical Journal vom 10. August erscheint. MSFC verwaltet das Chandra-Programm für die Direktion für Wissenschaftsmission der Agentur. Das Smithsonian Astrophysical Observatory kontrolliert Wissenschaft und Flugbetrieb vom Chandra X-ray Centre, Cambridge, Mass.
Originalquelle: Chandra-Pressemitteilung
