gov-civil-vilareal.ptWenn das Universum keinen Sinn macht, schau dir eine hübsche Galaxie an
>Was machst du, wenn du herausfindest, dass mit dem Universum etwas nicht stimmt?
Im Fall meines alten Freundes und Kollegen Adam Riess richten Sie das Hubble-Weltraumteleskop auf eine wunderschöne Spiralgalaxie.
Dazu gibt es vielleicht noch ein bisschen mehr zu sagen, aber wissen Sie, wenn ich den Ausdruck 'wunderschöne Spiralgalaxie' verwende, dann werde ich Ihnen, nun ja, eine wunderschöne Spiralgalaxie zeigen.
Die Spiralgalaxie NGC 3254, gesehen von Hubble im Jahr 2019. Quelle: ESA/Hubble & NASA, A. Riess et al.; CC BY 4.0
Warum schreibt mir mein Ex, als er mit mir Schluss gemacht hat?
Uff. Erzählte dir.
Das ist NGC 3254, eine Spirale etwa 65 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Das ist für Galaxien ziemlich nah, also hat Hubble einen fantastischen Blick darauf; Zehntausende einzelner Sterne sind in diesem Bild zu sehen. Was ist der Punkt.
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Hier ist das Problem mit dem Universum: Wir wissen, dass es sich ausdehnt, und wir wissen, dass sich die Expansion beschleunigt und mit der Zeit zunimmt. Aber um wie viel stellt ein Problem dar. Wenn wir sehr weit entfernte Objekte messen, wie die vom Urknall übrig gebliebene Hintergrundstrahlung, erhalten wir eine Zahl für diese Expansionsrate, aber wenn wir relativ genauer hinschauen, wie bei Sternen, die in einer Milliarde oder zwei Lichtjahren entfernten Galaxien explodieren, erhalten wir eine andere Nummer. Die Zahlen sind nah, aber der Unterschied ist irritierend .
Beide Berechnungen beruhen auf einer Reihe komplexer Beobachtungen, die ihrerseits empfindlich darauf sind, wie gut wir verstehen, was wir tun. Wenn es um die mit explodierenden Sternen geht, betrachten wir Galaxien, die noch ziemlich weit entfernt sind, und zu wissen, wie weit sie entfernt sind, ist ein wichtiger Teil des Prozesses. Eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, in viel näheren Galaxien nach derselben Art von Supernovae zu suchen, in denen wir ihre Entfernung unabhängig voneinander messen können, und diese dann auf die weiter entfernten explodierenden Sterne zu extrapolieren.
Bild des bodengestützten Pan-STARRS-Observatoriums der Spiralgalaxie NGC 3254. Quelle: Aladin/Pan-STARRS
Diese besondere Art von Supernova, genannt a Typ Ia , kommt in unseren Nachbargalaxien oft genug vor, dass wir mit Hubble einen Blick auf die Wirtsgalaxie werfen und in ihnen nach einer besonderen Art von Stern namens . suchen können Cepheiden-Variablen . Diese pulsieren förmlich und verändern ihre Helligkeit über Wochen und Monate. Die Geschwindigkeit, mit der sich ihr Licht ändert, hängt davon ab, wie hell sie tatsächlich sind, was der Schlüssel zu allem ist. Wenn wir diese Pulsation messen können, wissen wir, wie hell der Stern wirklich ist. Dann vergleichen wir es damit, wie hell er erscheint (denn je weiter ein Stern entfernt ist, desto dunkler erscheint er) und boom: Wir haben die Entfernung zu dieser Galaxie.
Adam Riess ist einer der Führer in der astronomischen Gemeinschaft bei dem Versuch, die universelle Beschleunigung zu verstehen, und hat ein Programm auf Hubble, um diese Galaxien zu untersuchen; Wenn man sie im Laufe der Zeit immer wieder beobachtet, ist es möglich, diese veränderlichen Sterne zu finden und ihre Perioden zu erhalten.
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Und deshalb beobachtete Hubble NGC 3254 . Im Jahr 2019, nachdem etwa ein Asteroid die Dinosaurier ausgelöscht hatte, erreichte das Licht einer Typ-Ia-Supernova die Erde aus der Galaxie. Genannt SN 2019NP, war es ziemlich hell (für eine Supernova, die Dutzende Millionen Lichtjahre entfernt ist), und Sie können sie im Hubble-Bild leicht als hellblauen Stern am oberen Rand des Bildes sehen:
Die Supernova SN 2019NP (zentriert) explodierte in der Galaxie NGC 3254, und Hubble wurde verwendet, um sowohl sie als auch die Sterne um sie herum zu beobachten, um ihre Entfernung genauer zu bestimmen. Kredit: ESA/Hubble & NASA, A. Riess et al.; CC BY 4.0
Beeindruckend. Diese Bilder wurden im März 2019 aufgenommen, ein paar Monate nachdem die Supernova ihren Höhepunkt erreicht hatte und zu verdunkeln begann. Es war etwa 1/10.000 so hell wie der schwächste Stern, den man mit bloßem Auge sehen kann, aber Hubble ist ein anständiges Zielfernrohr. Der Stern ist ziemlich offensichtlich.
Diese Beobachtungen gehen also auf den Haufen vieler anderer beobachteter Galaxien, um einige Sprossen zu der sogenannten Entfernungsleiter hinzuzufügen: Ermitteln Sie die Entfernung zu nahegelegenen Cepheiden in der Milchstraße, verwenden Sie diese, um Entfernungen zu ihnen in weiter entfernten Galaxien zu erhalten, verwenden Sie das um Typ-Ia-Supernova-Explosionen in diesen Galaxien zu kalibrieren, verwenden Sie diese, um viel weiter entfernte zu kalibrieren, und verwenden Sie dann jene um herauszufinden, wie schnell sich das Universum ausdehnt.
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Und deshalb betrachtete Hubble eine wunderschöne Spiralgalaxie. Am Ende liegt das Problem mit ziemlicher Sicherheit nicht beim Universum – es weiß im Allgemeinen, was es tut – sondern bei unseren Beobachtungen. Ein Blick auf NGC 3254 kann dabei helfen.
Um ehrlich zu sein, hoffe ich jedoch eher, dass sich das Problem als echt herausstellt. Wenn diese beiden Methoden zwei verschiedene Zahlen ergeben, weil sich das Universum selbst sehr unterschiedlich verhält sehr weit weg von uns, das wäre extrem cool. Es bedeutet mehr Dinge herauszufinden, mehr Spaß in der Wissenschaft! Hoffentlich wissen wir es in ein paar Jahren.
