Astronomen haben zwei Supernovae identifiziert, deren durch Gravitationslinsen gespaltenes Licht in den nächsten 60 Jahren wieder auftauchen wird, was eine einzigartige Gelegenheit bietet, die Expansionsrate des Universums mit beispielloser Präzision zu messen. Dieses natürliche Experiment könnte dazu beitragen, einen seit langem bestehenden Konflikt in der Kosmologie zu lösen: die „Hubble-Spannung“, bei der verschiedene Methoden widersprüchliche Werte dafür liefern, wie schnell sich das Universum ausdehnt.
Die kosmische Zeitverzögerung
Das Phänomen hinter diesem Durchbruch ist der Gravitationslinseneffekt. Massive Galaxienhaufen wirken wie kosmische Vergrößerungsgläser, die das Licht entfernter Supernovae beugen und in mehrere Bilder aufspalten. Jedes Bild legt einen anderen Weg durch die Raumzeit zurück, was zu unterschiedlichen Ankunftszeiten führt. Eine Supernova namens SN Ares explodierte vor fast 10 Milliarden Jahren; sein Licht hat bereits die Erde erreicht. Aufgrund der extremen gravitativen Zeitdilatation werden jedoch in etwa 60 Jahren zwei weitere Bilder von Ares eintreffen.
Die andere Supernova, SN Athena, wird voraussichtlich in den nächsten ein bis zwei Jahren wieder auftauchen. Athena ist zwar weniger präzise als Ares, wird aber als Validierungstest für unsere kosmologischen Modelle dienen.
Warum das wichtig ist: Die Hubble-Spannung
Das Universum scheint sich unterschiedlich schnell auszudehnen, je nachdem, wie Wissenschaftler es messen. Beobachtungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (das Nachglühen des Urknalls) deuten auf eine Expansionsrate von 67 Kilometern pro Sekunde und Megaparsec hin. Messungen mit veränderlichen Sternen der Cepheiden (Standardkerzen) ergeben jedoch eine schnellere Geschwindigkeit von 73 Kilometern pro Sekunde und Megaparsec.
Diese Diskrepanz, bekannt als Hubble-Spannung, ist ein großes Problem in der modernen Kosmologie. Dies könnte darauf hindeuten, dass unser Verständnis des Universums unvollständig ist oder dass unsere Messungen unbekannte systematische Fehler aufweisen.
Das VENUS-Programm und die Rolle von JWST
Die Entdeckung von SN Ares und SN Athena ist ein Ergebnis des Programms Vast Exploration for Nascent, Unexplored Sources (VENUS) unter Nutzung des James Webb Space Telescope (JWST). VENUS zielt speziell auf dichte Galaxienhaufen ab und maximiert so die Chancen, diese seltenen, durch Gravitationslinsen verursachten Ereignisse zu finden.
„Starke Gravitationslinsen verwandeln Galaxienhaufen in die leistungsstärksten Teleskope der Natur“, sagt Seiji Fujimoto, Hauptforscher des VENUS-Programms.
Vor VENUS und JWST wurden weniger als zehn solcher Linsensupernovae entdeckt. Seit Juli letzten Jahres hat VENUS in nur 43 Beobachtungen bereits acht neue Linsensupernovae identifiziert und damit die bekannte Probengröße verdoppelt.
Blick nach vorne: Eine in sich konsistente Messung
Der Hauptvorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass er einen „einzigen, in sich konsistenten Schritt“ zur Messung der Expansion des Universums bietet. Durch den Vergleich der vorhergesagten Ankunftszeiten der Linsenbilder mit ihren tatsächlich beobachteten Zeiten können Wissenschaftler ihre Schätzungen der Hubble-Konstante unabhängig von anderen Methoden verfeinern. Dies ist in einem Bereich, in dem systematische Fehler schwer auszuschließen sind, von entscheidender Bedeutung.
Das endgültige Schicksal des Universums hängt in der Schwebe. Wenn die dunkle Energie schwächer wird, könnte sich die Expansion schließlich in eine Kontraktion umkehren. Die genauere Messung der Expansionsrate des Universums wird nicht nur zur Lösung des Hubble-Spannungsproblems beitragen, sondern auch Aufschluss über die langfristige Entwicklung des Kosmos geben.
