Das James-Webb-Weltraumteleskop bestätigt die Expansionsrate des Universums und eines der größten Rätsel der Physik

TDas James-Webb-Weltraumteleskop hat Erkenntnisse kleinerer Teleskope darüber bestätigt, wie schnell sich das Universum ausdehnt. Anstatt die physikalische Debatte beizulegen, macht dies die Sache nur noch schlimmer, da frühere Messungen im Widerspruch zu dem stehen, was die Astronomen auf Grundlage dessen glauben, dass es passieren sollte Echos des Urknalls. Das bedeutet (wahrscheinlich) nicht, dass wir das meiste, was wir über die Kosmologie zu wissen glauben, wegwerfen müssen, wie manche sagen. Beliebte Artikel behauptenaber es bleibt ein großes Problem zu lösen.

Astronomen haben eine Reihe von Methoden entwickelt, um zu bestimmen, wie schnell sich das Universum ausdehnt. Diese Messung hat wichtige Auswirkungen auf das Alter und die Zukunft des Universums. Anfänglich waren diese Prognosen mit großen Unsicherheiten behaftet, und obwohl die Basisprognosen schwankten, überschnitten sich die Fehlerbalken, sodass kaum Anlass zur Sorge bestand.

Als sich unsere Tools jedoch verbesserten und die Anzahl der untersuchten Quellen zunahm, verschwanden die Diskrepanzen nicht. Dies ist heute als „Hubble-Spannung“ bekannt, eine Anspielung auf die Hubble-Konstante, die Zahl, die das Verhältnis zwischen der Entfernung eines entfernten Objekts und seiner Geschwindigkeit definiert.

Das James-Webb-Weltraumteleskop ist in der Lage, eine der entscheidenden Messungen, die Entfernung zu entfernten Galaxien, mit größerer Genauigkeit durchzuführen als jedes andere Instrument. Vielleicht, so dachten einige Astronomen, würde dies eine Antwort liefern, die der mit anderen Methoden näher kommt und die Hubble-Spannung auflöst. Stattdessen stützte es die Ergebnisse anderer Teleskope.

„Hatten Sie jemals Schwierigkeiten, eine Markierung zu erkennen, die sich am Rand Ihres Sichtfelds befand? Was steht darauf? Was bedeutet sie? Selbst mit den leistungsstärksten Teleskopen sehen die „Markierungen“, die Astronomen lesen möchten, so klein aus, dass wir Schwierigkeiten haben auch“, sagte Professor Adam Rees von der Johns Hopkins University. In einem Stellungnahme. Rees erhielt 2011 den Nobelpreis für Physik für den Beweis, dass sich die Expansion des Universums beschleunigt.

„Das Zeichen, das Kosmologen lesen wollen, ist das Zeichen der kosmischen Geschwindigkeitsbegrenzung, das uns sagt, wie schnell sich das Universum ausdehnt – eine Zahl, die Hubble-Konstante genannt wird“, erklärte Rees. „Unser Zeichen steht in den Sternen entfernter Galaxien. Die Sterne in diesen Galaxien sagen uns, wie weit sie entfernt sind und wie lange das Licht daher zurückgelegt hat, um uns zu erreichen, und die Rotverschiebungen der Galaxien sagen uns, wie viel das Universum davon hat.“ in dieser Zeit expandiert hat, und geben Sie uns daher Auskunft über die Expansionsrate.“

Rees gewann seinen Preis für seine Hilfe bei der Durchführung dieser Messung mit Supernovae vom Typ Ia, deren maximale Eigenhelligkeit sehr konstant ist. Allerdings müsste man dazu warten, bis die richtige Art von Supernova explodiert. Eine Alternative bieten Sterne, die als Cepheid-Variable bekannt sind und häufiger vorkommen.

Die Helligkeit eines Cepheiden hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der er sich ausdehnt und zusammenzieht, was uns wiederum ein Maß gibt, das zur Berechnung des Abstands zwischen ihnen verwendet werden kann. Cepheid-Variablen gaben uns unsere erste Vorstellung von der Größe des Universums und enthüllten, dass entfernte Galaxien außerhalb der Milchstraße liegen.

Allerdings sind sie nicht so hell wie Supernovae und Cepheid-Variablen sind in entfernten Galaxien nicht zu sehen. Allerdings sind sie Hunderte Millionen Lichtjahre entfernt und können Supernova-Messungen kalibrieren und so für zusätzliche Präzision sorgen, allerdings nur, wenn wir sie von nahegelegenen gewöhnlichen Sternen unterscheiden können.

Das James-Webb-Weltraumteleskop arbeitet bei Wellenlängen, bei denen dies einfacher zu bewerkstelligen ist als mit dem Hubble-Teleskop, und Reiss und seine Kollegen haben damit mehr als 320 Cepheid-Sterne gemessen, einige davon in der relativ nahe gelegenen Galaxie NGC 4258 und in NGC 5584 beherbergte kürzlich eine Supernova.

Ihre Messungen zeigen, dass das Misstrauen gegenüber der Genauigkeit von Hubble nicht unbegründet war, da es diese Galaxien sehr gut vermisste. Allerdings entspricht das, was die beiden Weltraumteleskope fanden, nicht genau den Erwartungen, die auf dem kosmischen Mikrowellenhintergrund basieren.

Die Hubble-Spannung bleibt ungelöst.

„Die aufregendste Möglichkeit ist, dass Stress ein Beweis für etwas ist, das uns in unserem Verständnis des Universums fehlt“, fügte Rees hinzu. „Dies könnte auf die Existenz exotischer dunkler Energie, exotischer dunkler Materie, eine Revision unseres Verständnisses der Schwerkraft oder die Existenz eines einzigartigen Teilchens oder Feldes hinweisen.“ Als ob gewöhnliche dunkle Energie und dunkle Materie nicht schon verwirrend genug wären.

Vier Jahrhunderte später hat Shakespeare Recht: Ja, das gibt es Wir sind Mehr Dinge im Himmel und auf Erden, als irgendjemand in seiner Philosophie, einschließlich Horatio, träumen konnte.

Die Studie wurde bereits angenommen Astrophysikalisches JournalDie Vorabausgabe ist erhältlich unter ArXiv.org.

Eine frühere Version dieses Artikels wurde im September 2023 veröffentlicht