Der Name „Dunkle Energie“ ist nur ein Platzhalter für die Kraft - was auch immer es ist -, die das Universum expandieren lässt. Neue Beobachtungen mehrerer variabler Cepheid-Sterne durch das Hubble-Weltraumteleskop haben die Messung der gegenwärtigen Expansionsrate des Universums auf eine Genauigkeit verfeinert, bei der der Fehler kleiner als fünf Prozent ist. Der neue Wert für die Expansionsrate, bekannt als Hubble-Konstante oder H0 (nach Edwin Hubble, der vor fast einem Jahrhundert erstmals die Expansion des Universums gemessen hat), beträgt 74,2 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec (Fehlergrenze von ± 3,6). Die Ergebnisse stimmen eng mit einer früheren Messung von Hubble von 72 ± 8 km / s / Megaparsec überein, sind jedoch jetzt mehr als doppelt so genau.
Die Hubble-Messung, die vom SHOES-Team (Supernova H0 für die Zustandsgleichung) durchgeführt und von Adam Riess vom Space Telescope Science Institute und der Johns Hopkins University geleitet wird, verwendet eine Reihe von Verfeinerungen, um die Konstruktion eines Kosmos zu rationalisieren und zu stärken "Entfernungsleiter", eine Milliarde Lichtjahre lang, mit der Astronomen die Expansionsrate des Universums bestimmen.
Hubble-Beobachtungen der pulsierenden Cepheid-Variablen in einem nahe gelegenen kosmischen Meilenmarker, der Galaxie NGC 4258, und in den Wirtsgalaxien der jüngsten Supernovae verknüpfen diese Entfernungsindikatoren direkt. Die Verwendung von Hubble zur Überbrückung dieser Sprossen in der Leiter beseitigte die systematischen Fehler, die fast unvermeidlich durch den Vergleich von Messungen von verschiedenen Teleskopen verursacht werden.
Riess erklärt die neue Technik: „Es ist, als würde man ein Gebäude mit einem langen Maßband messen, anstatt einen Maßstab von einem Ende zum anderen zu bewegen. Sie vermeiden es, die kleinen Fehler zu verschärfen, die Sie jedes Mal machen, wenn Sie den Maßstab bewegen. Je höher das Gebäude, desto größer der Fehler. “
Lucas Macri, Professor für Physik und Astronomie an der Texas A & M und maßgeblich zu den Ergebnissen beigetragen, sagte: „Cepheiden sind das Rückgrat der Entfernungsleiter, da ihre leicht zu beobachtenden Pulsationsperioden direkt mit ihrer Leuchtkraft korrelieren. Eine weitere Verfeinerung unserer Leiter ist die Tatsache, dass wir die Cepheiden im nahen Infrarot des elektromagnetischen Spektrums beobachtet haben, wo diese variablen Sterne bessere Entfernungsindikatoren sind als bei optischen Wellenlängen. “
Dieser neue, genauere Wert der Hubble-Konstante wurde verwendet, um die Eigenschaften der Dunklen Energie zu testen und einzuschränken, der Energieform, die im Raum eine Abstoßungskraft erzeugt, die die Expansionsrate des Universums beschleunigt.
Durch die Klammerung der Expansionsgeschichte des Universums zwischen heute und als das Universum erst ungefähr 380.000 Jahre alt war, konnten die Astronomen der Natur der dunklen Energie, die die Expansion beschleunigt, Grenzen setzen. (Die Messung für das ferne, frühe Universum basiert auf Schwankungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, die 2003 von der Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) der NASA aufgelöst wurden.)
Ihr Ergebnis steht im Einklang mit der einfachsten Interpretation der Dunklen Energie: Sie entspricht mathematisch Albert Einsteins hypothetischer kosmologischer Konstante, die vor einem Jahrhundert eingeführt wurde, um das Gefüge des Weltraums voranzutreiben und zu verhindern, dass das Universum unter der Schwerkraft zusammenbricht. (Einstein entfernte jedoch die Konstante, als Edwin Hubble die Expansion des Universums entdeckte.)
„Wenn Sie alle Arten, in denen sich die Dunkle Energie von der kosmologischen Konstante unterscheiden könnte, in eine Schachtel stecken, wäre diese Schachtel jetzt dreimal kleiner“, sagt Riess. "Das ist ein Fortschritt, aber wir haben noch einen langen Weg vor uns, um die Natur der dunklen Energie zu bestimmen."
Obwohl die kosmologische Konstante vor langer Zeit erfunden wurde, kamen Beobachtungsnachweise für dunkle Energie erst vor 11 Jahren, als zwei Studien durchgeführt wurden, eine von Riess und Brian Schmidt vom Mount Stromlo Observatory und die andere von Saul Perlmutter von Lawrence Berkeley Nationales Labor, entdeckte dunkle Energie unabhängig, teilweise mit Hubble-Beobachtungen. Seitdem verfolgen Astronomen Beobachtungen, um die Dunkle Energie besser zu charakterisieren.
Riess 'Ansatz, alternative Erklärungen für die Dunkle Energie einzugrenzen - sei es eine statische kosmologische Konstante oder ein dynamisches Feld (wie die Abstoßungskraft, die die Inflation nach dem Urknall trieb) - besteht darin, die Messungen der Expansionsgeschichte des Universums weiter zu verfeinern.
Vor dem Start von Hubble im Jahr 1990 variierten die Schätzungen der Hubble-Konstante um den Faktor zwei. In den späten 1990er Jahren verfeinerte das Hubble-Weltraumteleskop-Schlüsselprojekt auf der extragalaktischen Entfernungsskala den Wert der Hubble-Konstante auf einen Fehler von nur etwa zehn Prozent. Dies wurde erreicht, indem Cepheid-Variablen bei optischen Wellenlängen in größeren Entfernungen als zuvor beobachtet und mit ähnlichen Messungen von bodengestützten Teleskopen verglichen wurden.
Das SHOES-Team verwendete Hubbles Nahinfrarotkamera und Multi-Object Spectrometer (NICMOS) und die Advanced Camera for Surveys (ACS), um 240 variable Cepheid-Sterne in sieben Galaxien zu beobachten. Eine dieser Galaxien war NGC 4258, dessen Entfernung durch Beobachtungen mit Radioteleskopen sehr genau bestimmt wurde. Die anderen sechs Galaxien beherbergten kürzlich Supernovae vom Typ Ia, die zuverlässige Entfernungsindikatoren für noch weitergehende Messungen im Universum sind. Supernovae vom Typ Ia explodieren alle mit nahezu der gleichen Energiemenge und haben daher fast die gleiche Eigenhelligkeit.
Durch Beobachtung von Cepheiden mit sehr ähnlichen Eigenschaften bei Wellenlängen im nahen Infrarot in allen sieben Galaxien und Verwendung des gleichen Teleskops und Instruments konnte das Team die Leuchtkraft von Supernovae genauer kalibrieren. Mit Hubbles mächtigen Fähigkeiten konnte das Team einige der wackeligsten Sprossen entlang der vorherigen Distanzleiter umgehen, was zu Unsicherheiten im Verhalten der Cepheiden führte.
Riess möchte schließlich, dass die Hubble-Konstante auf einen Wert mit einem Fehler von nicht mehr als einem Prozent verfeinert wird, um die Lösungen für dunkle Energie noch strenger zu beschränken.
Quelle: Space Telescope Science Institute
