HUBBLE
Eine Sammlung ganz besonderer Galaxien
von Stefan Deiters
astronews.com
3. Juni 2022

Die europäische Weltraumagentur ESA hat eine Sammlung von Bildern des Weltraumteleskops Hubble aus den Jahren 2003 bis 2021 veröffentlicht, die eine besondere Gruppe von Galaxien zeigen: In allen Systemen wurden Cepheiden und Supernovae vom Typ Ia beobachtet. Beide Phänomene spielen bei der Bestimmung von Entfernungen eine wichtige Rolle.

Ganz besondere Galaxien: In all diesen Systemen wurden sowohl Cepheiden als auch Supernovae beobachtet. Bild: NASA / ESA   [Großansicht]

Das kürzlich von der europäischen Weltraumagentur ESA veröffentlichte Bild zeigt eine Sammlung von Spiralgalaxien, die für die Astronomie aus einem ganz bestimmten Grund von einiger Bedeutung sind: In jeder dieser Galaxien wurden sogenannte Cepheiden entdeckt und zusätzlich eine spezielle Klasse von Supernovae beobachtet. Bei Cepheiden handelt es sich um pulsierende Sterne, deren Helligkeit regelmäßig schwankt. Die in den Galaxien beobachteten Supernovae vom Typ Ia sind Explosionen von Sternen, an denen mindestens ein Weißer Zwergstern beteiligt ist. Beide Phänomen erlauben es, Entfernung im All zu messen.

Solche Messungen sind nämlich gar nicht so einfach, zumindest dann nicht, wenn man sich in für irdische Verhältnisse unvorstellbaren Entfernungsbereichen bewegt. Die Helligkeit allein beispielsweise kann täuschen: Objekte, die leuchtschwach und der Erde relativ nah sind, können ähnlich hell erscheinen, wie Objekte, die leuchtstark und weit entfernt sind. In der Astronomie behilft man sich daher mit der sogenannten "kosmischen Entfernungsleiter": Dabei arbeitet man sich mithilfe verschiedener Entfernungsindikatoren immer weiter ins All vor und gleicht Indikatoren, die sich in relativer Nähe befinden mit solchen ab, die man auch in größerer Entfernung beobachten kann.

Genau hier kommen nun Cepheiden und Supernovae ins Spiel: Cepheiden waren lange Zeit in anderen Galaxien kaum beobachtbar und erst Edwin Hubble konnte in den 1920er Jahren diese Sterne in der Andromadagalaxie nachweisen - und damit zeigen, dass der "Andromedanebel" keine Nebel, sondern eine eigenständige Galaxie ist. Mit dem Weltraumteleskop Hubble sollten dann Cepheiden auch in weiter entfernten Galaxien aufgespürt werden, was auch eindrucksvoll gelang. Cepheiden sind deshalb so interessant, da sich ihre tatsächliche maximale Helligkeit aus der Periode ableiten lässt, mit der ihre Helligkeit schwankt. Kennt man aber die wirkliche Helligkeit, kann man auf ihre Entfernung schließen.

Doch auch Hubble kann Cepheiden nicht in beliebigen Entfernungen identifizieren. Und genau deshalb sind die sehr viel weiter zu beobachtenden Supernovae vom Typ Ia von Bedeutung. Von diesen glaubt man, ihre maximale Leuchtkraft zu kennen, so dass sich auch mit ihnen eine Entfernung berechnen lässt. In der jetzt vorgestellten Galaxien-Sammlung sind die von Hubble beobachteten Systeme enthalten, in denen Cepheiden und mindestens eine Supernova vom Typ Ia beobachtet wurden, was einen direkten Vergleich dieser beiden Entfernungsindikatoren erlaubt.

Die möglichst exakte Messung von Entfernungen ist auch in der Kosmologie von großer Bedeutung, da sich damit die sogenannte Hubble-Konstante berechnen lässt, also die Expansionsrate des Universums. Beobachtungen aus den letzten 30 Jahren haben ergeben, dass die Hubble-Konstante einen Wert von etwa 73 Kilometer pro Sekunde und Megaparsec hat. Der Fehler wird dabei mit etwa einem Kilometer pro Sekunde und Megaparsec angegeben. "Genau dafür wurde das Hubble-Weltraumteleskop gebaut. Sie erhalten das Standardmaß für das Universum vom Goldstandard unter den Teleskopen", unterstreicht Nobelpreisträger Adam Riess von der Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland, der ein Team leitete, das die Hubble-Konstante aus Supernova-Beobachtungen errechnet hat. "Dies ist Hubbles Meisterwerk."

Viele glaubten, dass mit Hubble, seinen präzisen Beobachtungen und der dadurch möglichen Bestimmung der Hubble-Konstante der jahrzehntelange wissenschaftliche Streit um die genaue Größe ihres Wertes beendet sein würde. Doch weit gefehlt: Die aus Beobachtungsdaten der Teleskope ermittelte Expansionsrate liegt über dem Wert, der mithilfe kosmologischer Missionen wie Planck bestimmt werden kann, die die kosmische Hintergrundstrahlung beobachtet haben. Diesen Unterschied zu erklären, ist gerade eine der spannendsten Problemstellungen der Kosmologie.