Gedanken über den Urknall

Rainer Raisch schrieb:

Steinzeit-Astronom schrieb:

weil echter Zufall nicht irgendwie deterministisch gesteuert ist, kann der Mensch selber steuern

Nein, genauso wie der Determinismus den menschlichen Willen steuert, tut es der echte Zufall.

Steinzeit-Astronom schrieb:

?? Erklär das bitte mal. Verstehe ich nicht. Dass ich jetzt hier schreibe ist doch kein Zufall. Noch während ich schreibe, kann ich es mir anders überlegen. Das ist dann auch kein Zufall, sondern hat Ursache(n), die ich auch benennen kann.

Rainer Raisch schrieb:

Kausale Ursachen sind weitaus häufiger als Zufall, sonst hätten wir ja keine Physik, sondern Sterndeutung.

 

Clauss schrieb:

Rainer Raisch schrieb:

Kausale Ursachen sind weitaus häufiger als Zufall, sonst hätten wir ja keine Physik, sondern Sterndeutung.




 

Ich denke, dass die meisten Vorgänge quantenmechanischer Art sind. Daher ist der Zufall viel verbreiteter, als dein Statement aussagt.

Der Punkt ist eher, dass sich bei Betrachtung makroskopischer Vorgänge die unzähligen mikroskopischen Zufallsvorgänge statistisch herausmitteln.


 

Mondlicht2 schrieb:

Eine Raum "Blase" hat für meine Begriffe einen Rand. Im Universum erwarte zumindest ich keine Ränder,

Mondlicht2 schrieb:

Btw, unter den wenigen Galaxien, die Hubble seinerzeit als alle von uns weg bewegend feststellte, war, wie ich überprüfte, und was auch nahe lag, auch Andromeda.

Mondlicht2 schrieb:

als Quanteneffekte so stark wurden

Mondlicht2 schrieb:

dass natürliche Quantenschwingungen der Raumzeit selbst, GW, ausreichten, um die winzigen Dichteunterschiede auszulösen

Mondlicht2 schrieb:

„De-Sitter-Raum“ beschrieben wird. Dieser kann als eine Verdichtung von „Gravitonen“ betrachtet werden,

Mondlicht2 schrieb:

Inflation without an inflaton

Rainer schrieb:
Das Vakuum schwingt im GRUNDZUSTAND der NIEDRIGST möglichen Energie.
Was soll sich da aufschaukeln.

Rainer schrieb:
Soweit ich es verstanden habe, soll jedoch nur ein Skalarfeld (wie das Higgs und das Inflaton) seinen Vakuumerwartungswert verändern können, also sich von hoher Energiedichte auf niedrigere veränden, das ist das Modell vom Mexican Hat.“ 

Inflation without an inflaton

Abstract

Wir schlagen ein neuartiges Szenario vor, in dem skalare Störungen, die die großräumige Struktur des Universums bestimmen, ohne die Verwendung eines Skalarfeldes (Inflatons) erzeugt werden.
In diesem Rahmen wird die Inflation durch eine de-Sitter-Raumzeit angetrieben, in der tensormetrische Fluktuationen (d. h. Gravitationswellen) auf natürliche Weise aus Quantenvakuumschwingungen entstehen und skalare Fluktuationen durch Tensoreffekte zweiter Ordnung erzeugt werden.
Wir berechnen das Leistungsspektrum solcher skalaren Fluktuationen und zeigen, dass es mit nahezu skaleninvarianz vereinbar ist. Wir leiten die notwendigen Bedingungen ab, unter denen skalare Störungen signifikant und deutlich größer als die Tensormoden werden, und identifizieren einen natürlichen Mechanismus zur Beendigung der Inflation durch einen Übergang in eine strahlungsdominierte Phase.
Unser vorgeschlagener Mechanismus könnte ein modellabhängiges Szenario überflüssig machen: die Wahl eines Skalarfeldes als Inflaton zur Steuerung der Inflation.“ 

Rainer schrieb:
Ob GW oder Photonen ist JACKE WIE HOSE.
Nein.
Der de Sitter Raum besteht aus Vakuum.

Auszug aus dem Paper:

„derzeit befinden wir uns in einer nahezu de-Sitter-Raumzeit, die von dunkler Energie angetrieben wird. Obwohl die…“

„Sollten die DESI-Ergebnisse den Test der Zeit bestehen und sich bestätigen, dass die Dunkle Energie schwächer wird (zerfällt), wäre dies ein weiterer Beleg dafür, dass de Sitter zerfallen könnte…“ 

Mondlicht2 schrieb:

Nein, eben kein Skalarfeld. Was hast du denn gelesen?

Mondlicht2 schrieb:

Ja, richtig, mit Vakuumenergie. Das Universum könnte als ein sich annähernder oder asymptotischer de-Sitter-Raum betrachtet werden

Mondlicht2 schrieb:

Die vier Autoren sind Professoren für Astrophysics and Cosmology,

Rainer Raisch schrieb:

Mondlicht2 schrieb:

Nein, eben kein Skalarfeld. Was hast du denn gelesen?

Ich habe das Paper eben nicht gelesen, weil es offensichtlich meinen bisherigen Kenntnissen vielfältig widerspricht.
Wir können ja wetten, ob es eine peer-review-Veröffentlichung geben wird.

Mondlicht2 schrieb:

Ja, richtig, mit Vakuumenergie. Das Universum könnte als ein sich annähernder oder asymptotischer de-Sitter-Raum betrachtet werden

Vakuum bzw de Sitter bedeutet: KEINE GW.
GW sind NICHT virtuell, sondern reelle Energie, genauso wie em. Strahlung oder Materie. OB es überhaupt virtuelle Gravitonen gibt, ist hingegen nach wie vor umstritten. Diese würden aber keine GW bilden, sondern die Gravitation vermitteln, also die Raumzeit (in der Ferne) krümmen.



 

Mondlicht2 schrieb:

Im De-Sitter-Raum gibt es primordiale Gravitationswellen 

Mondlicht2 schrieb:

Wir leiten die notwendigen Bedingungen ab, unter denen skalare Störungen signifikant und deutlich größer als die Tensormoden werden, und identifizieren einen natürlichen Mechanismus zur Beendigung der Inflation durch einen Übergang in eine strahlungsdominierte Phase.

Mondlicht2 schrieb:

Ja, richtig, mit Vakuumenergie. Das Universum könnte als ein sich annähernder oder asymptotischer de-Sitter-Raum betrachtet werden, insbesondere aufgrund der beobachteten beschleunigten kosmischen Expansion, die auf eine positive Vakuumenergiedichte (ähnlich einer kosmologischen Konstante) hindeutet...

Rainer Raisch schrieb:

Das Inflaton soll hingegen den hohen Wert der Vakuumenergie erklären, der die Inflation verursacht. Wo bleibt die versprochene "Inflation without an inflaton" ?????
 

Rainer Raisch schrieb:

Mondlicht2 schrieb:

Ja, richtig, mit Vakuumenergie. Das Universum könnte als ein sich annähernder oder asymptotischer de-Sitter-Raum betrachtet werden, insbesondere aufgrund der beobachteten beschleunigten kosmischen Expansion, die auf eine positive Vakuumenergiedichte (ähnlich einer kosmologischen Konstante) hindeutet...

Davon geht eigentlich jeder aus....und da ist kein Platz für GW, sonst ist es kein Vakuum.

Rainer Raisch schrieb:

Das Inflaton soll hingegen den hohen Wert der Vakuumenergie erklären, der die Inflation verursacht. Wo bleibt die versprochene "Inflation without an inflaton" ?????

 

 

Mondlicht2 schrieb:

Ich beschäftige mich seit ca. 10 Jahren mit der sog. Hubbletension, also den unterschiedlichen Ergebnissen von Wendy Freedman und Adam Riess und vielen anderen Ergebnissen, es sind nicht nur die beiden.

Rainer Raisch schrieb:

Mondlicht2 schrieb:

Ich beschäftige mich seit ca. 10 Jahren mit der sog. Hubbletension, also den unterschiedlichen Ergebnissen von Wendy Freedman und Adam Riess und vielen anderen Ergebnissen, es sind nicht nur die beiden.

Riess' letzter Wert ist 73 km/sMpc?

Wenn ich nicht irre, dann hat ja Riess den Wert für Λ als best fit errechnet?
Λ = 1,088e-52 1/m²
Der Anteil der DE wurde von ihm wohl mit
ΩΛ = 0,73
angegeben.

DAMIT ergibt sich automatisch ein Wert von

H° = ²(c²Λ/(3ΩΛ)) = 65,2 km/sMpc


 

Der letzte bestätigte Wert der Hubble-Konstante von Adam Riess und seinem Team für Supernova, Hubble-Konstante und Referenzrahmen (SH0ES) beträgt 73,04 ± 1,04 km/s/Mpc im Jahr 2022.

Dieser Wert, abgeleitet aus lokalen Beobachtungen von Cepheiden und Supernovae vom Typ Ia, steht im Widerspruch zu den auf der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung (CMB) basierenden Vorhersagen von etwa 67,4 km/s/Mpc, der „Hubble-Spannung“, für die Riess‘ Arbeit von zentraler Bedeutung ist.
Die „Hubble-Spannung“ ist die signifikante Differenz (über 5 Sigma) zwischen diesen beiden Messreihen und deutet auf eine grundsätzliche Meinungsverschiedenheit über die Expansionsrate des Universums hin.
Riess' jüngste Arbeiten und das JWST Bestätigung der Hubble-Messungen: Jüngste Beobachtungen des James Webb Space Telescope (JWST) im Rahmen einer von Riess geleiteten Studie Ende 2024 haben die Genauigkeit der Hubble-Messungen bestätigt.
Datenabgleich:
Die Daten des Hubble-Weltraumteleskops und des JWST stimmen weitgehend überein. Dies bestätigt die Genauigkeit des Wertes von 73 km/s/Mpc und legt nahe, dass die Hubble-Spannung nicht auf Messfehler in der Entfernungsleiter zurückzuführen ist.

Es gibt eine neue Studie, die die Expansionsrate anhand von Daten des JWST untersucht und dabei die zur Kalibrierung der SNe-Ergebnisse verwendete Galaxienstichprobe verdoppelt.
Die Hauptautorin der Studie, Wendy Freedman von der University of Chicago, argumentiert, dass die JWST-Ergebnisse das Spannungsfeld auflösen. Unter Einbeziehung von Hubble-Daten berechnet Freedman einen Hubble-Wert von 70,4 Kilometern pro s pro Megaparsec, plus/minus 3 %, und bringt die SN-Ergebnisse damit in statistische Übereinstimmung mit aktuellen Daten zur kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung, die 67,4, plus/minus 0,7 %, zeigen.

Der Haupttreiber (naja) der Hubble-Tension ist derzeit eine H0-Messung aus dem Jahr 2022 durch das SH0ES-Team unter der Leitung von Adam Riess.

Da die Leuchtkraft der SN Ia nicht grundsätzlich bekannt ist - überhaupt wissen "wir" zu wenig... - hat SH0ES eine „Entfernungsleiter“ gebaut, um die Leuchtkraft von 42 SN Ia in 37 Wirtsgalaxien zu kalibrieren.

42!!!

Die SN Ia werden gegen Cepheiden in mittlerer Entfernung kalibriert, und die Cepheiden werden gegen vier nahegelegene „geometrische Anker“ kalibriert, deren Entfernung durch eine geometrische Methode bekannt ist (siehe Abbildung „Entfernungsleiter“). Die geometrischen Anker sind: Parallaxen der Milchstraße von der Gaia-Mission der ESA; losgelöste bedeckungsveränderliche Doppelsterne in der Großen und Kleinen Magellanschen Wolke (LMC und SMC); und die „Megamaser“-Galaxie NGC4258, in der Wassermoleküle in der Akkretionsscheibe eines SMBH Doppler-verschiebende Mikrowellen-Maserphotonen emittieren. Die große Stärke des SH0ES-Programms liegt in der Nutzung des Hubble-Weltraumteleskops (HST, 1990–)  - 35 Jahre alt(!!!) - der NASA und ESA auf allen drei Sprossen der "Entfernungsleiter", wodurch eine Kreuzkalibrierung zwischen den Instrumenten entfällt. SN Ia kann bis zu 40 Mpc kalibriert werden. Daher nutzte SH0ES im Jahr 2022 Messungen von etwa 300 hoch-z SN Ia tief im Hubble-Fluss, um H0 = 73,04 ± 1,04 km/s/Mpc zu messen. Dies steht in einem Spannungsverhältnis von mehr als 5σ zu Plancks ΛCDM-Vorhersage von 67,4 ± 0,5 km/s/Mpc.

Der aus der Anpassung der Planck-CMB-Daten ermittelte H0-Wert hat sich in zweierlei Hinsicht als robust erwiesen. Erstens können Planck-Daten umgangen werden, indem CMB-Daten der NASA-Sonde WMAP (2001–2010) mit Beobachtungen erdgebundener Teleskope kombiniert werden. WMAP in Kombination mit dem Atacama Cosmology Telescope (ACT, 2007–2022) ergibt H0 = 67,6 ± 1,1 km/s/Mpc.
WMAP in Kombination mit dem South Pole Telescope (SPT, 2007–) ergibt H0 = 68,2 ± 1,1 km/s/Mpc.

Zweitens, und das ist noch faszinierender, können CMB-Daten vollständig umgangen werden. Im frühen Universum war die Compton-Streuung zwischen Photonen und Elektronen so stark ausgeprägt, dass sich das Universum wie ein Plasma verhielt.
QF aus der Inflationszeit breiteten sich wie Schallwellen aus, bis zur Rekombinationszeit, als sich das Universum ausreichend abgekühlt hatte, sodass CMB-Photonen dem Plasma entweichen konnten, als sich Protonen und Elektronen zu neutralen Atomen verbanden. Diese Ausbreitung inflationärer Störungen hinterließ eine charakteristische Skala, den Schallhorizont, sowohl in den akustischen Peaks der CMB als auch in den „baryonischen akustischen Oszillationen“ (BAOs), die in der großräumigen Struktur von Galaxiendurchmusterungen zu sehen sind. Der Schallhorizont ist die Distanz, die Schallwellen im primordialen Plasma zurücklegen. Während die SH0ES-Messung auf Standardkerzen beruht, nutzen die ΛCDM-Vorhersagen stattdessen den Schallhorizont als „Standardlineal“, mit dem die scheinbare Größe von BAOs bei verschiedenen Rotverschiebungen verglichen und so die Expansionsrate des Universums abgeleitet werden kann.
Unter ΛCDM sind die einzigen beiden freien Parameter, die in die Berechnung des Schallhorizonts einfließen, die Baryonendichte und die Dunkle-Materie-Dichte. Planck ermittelt beide durch Untersuchung der CMB, kann aber auch unabhängig von der CMB ermittelt werden, indem BAO-Messungen der Dunkle-Materie-Dichte mit Messungen der Baryonendichte aus der Nukleosynthese des Urknalls (BBN) kombiniert werden (siehe Abbildung „Schallhorizont“).
Die jüngste Messung des Dark Energy Spectroscopic Instrument in Arizona (DESI, 2021–) ergibt H0 = 68,53 ± 0,80 km/s/Mpc, in 3,4σ-Spannung mit SH0ES und völlig unabhängig von Planck.

ACT, SPT und das Simons-Observatorium in Chile (ab 2024) werden neue CMB-Daten veröffentlichen. DESI, das Euclid-Weltraumteleskop (seit 2023) und die bevorstehende optische Weitfelddurchmusterung LSST in Chile werden neue Galaxiendurchmusterungen veröffentlichen. „Standard-Sirenen“-Messungen von GW mit e/m Gegenstücken könnten ebenfalls zur Debatte beitragen, obwohl die anfängliche Begeisterung durch das Ausbleiben neuer Ereignisse nach GW170817 gedämpft wurde. Genauere Messungen des Alters der ältesten Objekte könnten ebenfalls einen wichtigen neuen Test liefern. Steigt H0, sinkt das Alter des Universums, und die SH0ES-Messung spricht bei 2σ-Signifikanz für weniger als 13,1 Milliarden Jahre. Die SH0ES-Messung wird ebenfalls direkt überprüft. Ein wichtiger Ansatz ist die Überprüfung der dreistufigen Kalibrierung durch die Suche nach alternativen Zwischenstandardkerzen neben Cepheiden. Ein möglicher Kandidat ist die „Spitze“ des Roten Riesenastes (TRGB) mit der höchsten Leuchtkraft, die durch den plötzlichen Beginn der Heliumfusion in massearmen Sternen entsteht. Der TRGB ist hell genug, um in weit entfernten Galaxien mit SN Ia sichtbar zu sein, allerdings in geringeren Entfernungen als Cepheiden.  Im Jahr 2019 kalibrierte das Carnegie-Chicago-Hubble-Programm (CCHP) unter der Leitung von Wendy Freedman und Barry Madore SN Ia mithilfe des TRGB in der Großen Magellanschen Wolke und NGC4258 und ermittelte H0 = 69,8 ± 0,8 (stat) ± 1,7 (syst). Eine unabhängige Neuanalyse unter Beteiligung von Autoren der SH0ES-Kollaboration ergab später H0 = 71,5 ± 1,8 (stat + syst) km/s/Mpc. Der Unterschied in den Ergebnissen lässt darauf schließen, dass aktualisierte Messungen mit dem JWST die Debatte beilegen könnten.  

So man gewillt ist...

JWST, das am 25. Dezember 2021 ins All gestartet wurde, eignet sich dank seiner verbesserten Fähigkeiten im nahen IV-bereich, wo der Einfluss von Staub reduziert ist, perfekt zur Verbesserung der Messungen der Expansionsrate des Universums. Seine viermal bessere räumliche Auflösung wurde bereits genutzt, um eine Teilmenge der 37 Wirtsgalaxien, in denen sich die 42 von SH0ES untersuchten SN Ia und der geometrische Ankergalaxie NGC4258 befinden, erneut zu beobachten.
Bisher deuten alle Beobachtungen auf eine gute Übereinstimmung mit den vorherigen Beobachtungen des HST hin. SH0ES nutzte JWST-Beobachtungen, um die Dispersion der Perioden-Leuchtkraft-Beziehung für Cepheiden um bis zu den Faktor 2,5 zu reduzieren, ohne dass es Hinweise auf eine Verzerrung der HST-Messungen gab. Vor allem konnte ausgeschlossen werden, dass die Verwechslung von Cepheiden mit anderen Sternen für die Hubble-Spannung bei einer Signifikanz von 8σ verantwortlich ist. Inzwischen hat das CCHP-Team neue Messungen auf Grundlage von drei Entfernungsindikatoren vorgelegt: Cepheiden, dem TRGB und einer neuen „populationsbasierten“ Methode unter Verwendung der J-Region des asymptotischen Riesenastes (JAGB) kohlenstoffreicher Sterne, für die die Größe des Modus der Leuchtkraftfunktion als Entfernungsindikator dienen kann (siehe die letzten drei Zeilen der Abbildung „Die Hubble-Spannung“).  Die neuen CCHP-Ergebnisse deuten darauf hin, dass Cepheiden im Vergleich zu JAGB und TRGB eine Verzerrung aufweisen könnten. Diese Schlussfolgerung wurde jedoch rasch von SH0ES in Frage gestellt, das eine fehlende Unsicherheitsquelle identifizierte und argumentierte, dass die Größe der Stichprobe von SN Ia innerhalb von Wirten mit primären Entfernungsindikatoren zu klein sei, um Wettbewerbsbeschränkungen zu liefern: Sie behaupten, dass Stichprobenvariationen in der Größenordnung von 2,5 km/s/Mpc erklären könnten, warum JAGB und TRGB einen niedrigeren Wert liefern. Eine Einigung könnte erzielt werden, wenn JWST eine größere Stichprobe von Galaxien beobachtet hat – von beiden Teams wurden bisher 19 der 37 von SH0ES kalibrierten Galaxien sowie der geometrische Anker NGC 5468 neu vermessen. Zum jetzigen Zeitpunkt scheint kein einzelner systematischer Fehler die Hubble-Spannung vollständig zu erklären, und das Problem ist schwerwiegender, als es scheint. Kalibriert begrenzen SN Ia und BAOs nicht nur H0, sondern den gesamten Rotverschiebungsbereich bis z ~ 1. Dies stellt starke Einschränkungen für jede neue Physik dar, die im späten Universum eingeführt wird. Jüngste DESI-Ergebnisse deuten beispielsweise darauf hin, dass die Dynamik der Dunklen Energie in späten Zeiten möglicherweise nicht genau der einer kosmologischen Konstante entspricht, das zur Vereinbarkeit von Planck und SH0ES erforderliche Verhalten jedoch stark ausgeschlossen ist.  Anstatt sich auf den Wert der Expansionsrate zu konzentrieren, konzentrieren sich die meisten Vorschläge nun auf die Änderung der Kalibrierung von SN Ia oder BAOs. Beispielsweise könnte ein unbekannter systematischer Fehler die Leuchtkraft von SN Ia in unserer unmittelbaren Umgebung verändern, aber wir haben keine Hinweise darauf, dass sich ihre Größenordnung mit der Rotverschiebung ändert, und diese Lösung scheint sehr eingeschränkt. Die vielversprechendste Lösung scheint zu sein, dass neue physikalische Erkenntnisse den Wert des Schallhorizonts im frühen Universum verändert haben könnten. Da der Schallhorizont zur Kalibrierung sowohl der CMB als auch der BAOs verwendet wird, könnte eine Reduzierung um 10 Mpc dem von SH0ES favorisierten H0-Wert entsprechen. Dies kann entweder durch eine Erhöhung der Rotverschiebung der Rekombination oder der Energiedichte im Universum vor der Rekombination erreicht werden, wodurch den Schallwellen weniger Zeit zur Ausbreitung gegeben wird. Die am besten begründeten Modelle gehen von zusätzlichen relativistischen Spezies im frühen Universum aus, wie beispielsweise einem sterilen Neutrino oder einer neuen Art von „Dunkelstrahlung“. Eine weitere faszinierende Möglichkeit ist, dass Dunkle Energie im Universum vor der Rekombination eine Rolle spielte und die Expansionsrate genau zum richtigen Zeitpunkt erhöhte. (sagt Riess, haha)

Anstatt sich auf den Wert der Expansionsrate zu konzentrieren, konzentrieren sich die meisten Vorschläge nun auf die Änderung der Kalibrierung von SN Ia oder BAOs. Beispielsweise könnte ein unbekannter systematischer Fehler die Leuchtkraft von SN Ia in unserer unmittelbaren Umgebung verändern, aber wir haben keine Hinweise darauf, dass sich ihre Größenordnung mit der Rotverschiebung ändert, und diese Lösung scheint sehr eingeschränkt. Die vielversprechendste Lösung scheint zu sein, dass neue physikalische Erkenntnisse den Wert des Schallhorizonts im frühen Universum verändert haben könnten. Da der Schallhorizont zur Kalibrierung sowohl der CMB als auch der BAOs verwendet wird, könnte eine Reduzierung um 10 Mpc dem von SH0ES favorisierten H0-Wert entsprechen (siehe Abbildung „Schallhorizont“). Dies kann entweder durch eine Erhöhung der Rotverschiebung der Rekombination oder der Energiedichte im Universum vor der Rekombination erreicht werden, wodurch den Schallwellen weniger Zeit zur Ausbreitung gegeben wird.  Die am besten begründeten Modelle gehen von zusätzlichen relativistischen Spezies im frühen Universum aus, wie beispielsweise einem sterilen Neutrino oder einer neuen Art von „Dunkelstrahlung“. Eine weitere faszinierende Möglichkeit ist, dass Dunkle Energie im Universum vor der Rekombination eine Rolle spielte und die Expansionsrate genau zum richtigen Zeitpunkt erhöhte. Die große Vielfalt und hohe Präzision der Daten erschweren es, einen einfachen Mechanismus zu finden, der nicht stark eingeschränkt oder fein abgestimmt ist. Bestehende Modelle weisen jedoch einige der richtigen Merkmale auf.

Die Messungen waren zwangsläufig grob, da sie durch verschiedene Faktoren erschwert wurden, von interstellaren Staubeffekten bis hin zum Mangel an der erforderlichen Auflösung, sodass die Hubble-Konstante nicht genauer als auf den Faktor 2 bekannt war. Durch die Verfeinerung der Instrumente konnte die Konstante im Laufe der Jahrzehnte deutlich verfeinert werden, doch die Frage, wie gut die Astronomen den Konflikt mit den Ergebnissen der Mikrowellenhintergrundstrahlung überwunden hatten, blieb bestehen.  Während die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung uns Aufschluss über die Bedingungen zu Beginn der Expansion des Universums gibt, zielt Freedmans Arbeit über Supernovae darauf ab, die gegenwärtige Expansionsgeschwindigkeit des Universums zu bestimmen, was genaue Messungen interstellarer Entfernungen erfordert. Kennt man die maximale Helligkeit von Supernovae, kann man anhand ihrer scheinbaren Leuchtkraft ihre Entfernung berechnen. Supernovae vom Typ 1a weisen in ihrer maximalen Helligkeit eine konstante Helligkeit auf, was sie, wie die von Hubble verwendeten Cepheiden, zu hilfreichen „Standardkerzen“ macht. Dieselben Faktoren, die Hubble plagten, wie die Abschwächung durch interstellaren Staub und andere die Leuchtkraft beeinflussende Faktoren, müssen berücksichtigt werden. Das JWST hat jedoch die vierfache Auflösung des Hubble-Weltraumteleskops und ist etwa zehnmal so empfindlich, was seine Messungen zu einem neuen Goldstandard macht.
Eine mangelnde Übereinstimmung zwischen den CMB-Ergebnissen und den Supernova-Daten hätte auf interessante neue physikalische Erkenntnisse hindeuten können, doch dieser Arbeit zufolge ist das Standardmodell des Universums weiterhin gültig. In gewisser Weise ist das schade, um die Diskrepanz zur Erforschung mysteriöser Phänomene wie DE & DM zu nutzen. Doch es scheint, dass wir nach Antworten auf deren Ursprung woanders suchen müssen. Freedman und ihr Team stehen neue Messungen des Coma-Haufens bevor, die laut Freedman die Frage innerhalb weniger Jahre vollständig klären könnten. (das fände ich, fantastisch).
The Astrophysical Journal Vol. 985, Nr. 2 (27. Mai 2025), 203 (Volltext).

Der wahre Wert der Hubble-Konstante ist jedoch weiterhin umstritten. Basierend auf der fundamentalen Physik, von der Wissenschaftler glauben, dass sie die Entwicklung des Universums vorangetrieben hat, sollte die Hubble-Konstante bei etwa 68 km/s/Mpc liegen – dies stimmt jedoch nicht mit Beobachtungen der tatsächlichen Sterne und Galaxien überein, die Astronomen um uns herum sehen. Wendy Freedman, University of Chicago, leitete 2001 ein Team, das eine bahnbrechende Messung durchführte und einen Wert von 72 ermittelte.

Jüngste präzise Messungen der Entfernungen und Bewegungen ferner, explodierender Sterne legen eine Hubble-Konstante von 69,8 km/s/Mpc nahe, andere Berichte gehen jedoch von bis zu 74 km/s/Mpc aus. Obwohl diese Unterschiede gering erscheinen, deutet selbst eine Abweichung von 2 km/s/Mpc zwischen den Vorhersagen der Physik und den Beobachtungen darauf hin, dass in unserem derzeitigen Verständnis des Universums möglicherweise etwas Entscheidendes fehlt.

Die Expansion des Universums wird durch die darin enthaltene Masse, Strahlung und Energie angetrieben. Die Friedmann-Gleichung, abgeleitet von Einsteins berühmten Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie, kann verwendet werden, um die mathematische Expansionsgeschwindigkeit des Universums vorherzusagen. Diese Gleichungen besagen, dass sich ein dichteres Universum schneller ausdehnt. Die Expansion war also am schnellsten, als alle Teilchen im Universum nach dem Urknall dicht beieinanderlagen. In den letzten 14 Milliarden Jahren haben sich diese Teilchen – und die damit verbundene Energie und Strahlung – über weite Entfernungen ausgebreitet. Mithilfe der Hubble-Konstante können wir das Alter des Universums zunächst anhand der Gleichung „Geschwindigkeit = Entfernung geteilt durch Zeit“ schätzen. Die Hubble-Konstante gibt die Geschwindigkeit eines Objekts in beliebiger Entfernung an. Da die Entfernung zwischen allen Objekten im Universum vor der Expansion Null gewesen sein muss, muss die Zeit in dieser Gleichung das Alter des Universums sein. Abhängig vom Wert der Hubble-Konstante ergibt sich ein Alter von etwa 14 Milliarden Jahren – nicht weit entfernt von der aktuellen Schätzung von 13,8 Milliarden Jahren. Es gibt jedoch eine kleine Komplikation. Die Geschwindigkeiten der am weitesten entfernten Sterne und Galaxien, die wir beobachten können, stimmen nicht mit den Vorhersagen der Hubble-Konstante überein. Da das Licht eines entfernten Objekts Milliarden von Jahren unterwegs war, um uns zu erreichen, werden unsere Beobachtungen nicht nur vom heutigen Wert der Hubble-Konstante beeinflusst, sondern auch von dem Wert, als sich das Universum langsamer ausdehnte. Mit anderen Worten: Die Hubble-Konstante ist überhaupt keine Konstante!

Prof. Daniel Holz von der University of Chicago schlug als Erster vor, dass GW eine neue Möglichkeit zur Berechnung kosmischer Entfernungen bieten könnten. Er prägte den Begriff „Standardsirenen“ in Anlehnung an „Standardkerzen“. Astronomen können anhand der Form der eintreffenden Gravitationswellensignale berechnen, wie viel Energie bei der Kollision der beiden Neutronensterne freigesetzt wurde. Vergleichen Sie diese mit der Energiemenge, die die Signale bei Erreichen der Erde mit sich führen, um die Entfernung zu berechnen. Holz’ Methode liefert einen vorläufigen Wert von 70 km/s/Mpc für die Hubble-Konstante, in Übereinstimmung mit Freedmans jüngster Arbeit.

Modellierung der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung Nach dem Urknall setzte die Überhitzung aller Materie im Universum enorme Mengen an Strahlung in Form von Photonen frei. Mit der Expansion des Universums verschob sich diese Strahlung zunehmend in den roten Bereich. Diese Strahlung und Rotverschiebung sind im kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB) aufgezeichnet. Der kosmische Mikrowellenhintergrund ist jedoch nicht einheitlich; er besteht aus heißeren und kälteren Bereichen, die die Klumpenbildung von Materie und Energie im frühen Universum dokumentieren.
Durch die Kombination fundamentaler physikalischer Daten mit Schätzungen der im Universum enthaltenen Masse und Energie können Kosmologen die Expansion des Universums von seinem Anfangszustand bis heute modellieren und die beobachtete Klumpenbildung im kosmischen Mikrowellenhintergrund reproduzieren. Kosmologen haben dieses Verfahren hunderttausende Male wiederholt, um die Kombinationen von Bedingungen zu finden, die mit Beobachtungen übereinstimmen. Dazu gehört auch die Messung der Hubble-Konstante. Anfängliche Modellergebnisse schienen mit astronomischen Messungen bei etwa 73 km/s/Mpc übereinzustimmen, doch mit zunehmender Detailgenauigkeit der Beobachtungen der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung verschlechterte sich ihre Schätzung. Die Planck-Mission der ESA erstellte die bislang detaillierteste Karte der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung, die zur Berechnung einer wahrscheinlichen Hubble-Konstante von nur 67,8 km/s/Mpc verwendet wurde.


Was sind mögliche Erklärungen für die Diskrepanz? Eine Möglichkeit ist, dass eine oder mehrere Methoden zur Berechnung der Hubble-Konstante fehlerhaft sind.

Die Messungen von Sternen, Galaxien und der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung sind jedoch unglaublich detailliert – was bedeutet, dass die Unterschiede höchstwahrscheinlich auf etwas viel Grundlegenderes als Ungenauigkeit zurückzuführen sind.
Eine Lösung für dieses Rätsel könnte die Dunkle Energie sein – eine mysteriöse, konstante und bisher nicht beobachtbare Hintergrundenergie, die sich selbst bei der Expansion des Universums nicht ausbreitet. Der wahre Wert der Hubble-Konstante könnte darauf hindeuten, dass den Modellen des sehr jungen Universums mehr DE hinzugefügt werden muss, um dessen frühe Expansion voranzutreiben. Dies könnte Wissenschaftlern neue Erkenntnisse über die grundlegende Natur der Dunklen Energie und ihr Verhalten im Laufe der Geschichte des Universums liefern. Ein weiterer Faktor, der die Diskrepanz erklären könnte, ist die „Dunkle Strahlung“. Diese Theorie geht von der Existenz einer neuen Klasse subatomarer Teilchen (wie Elektronen, Neutrinos und Photonen) aus, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen, das Universum umkreisen und dessen Expansion vorantreiben. Erschwerend kommt hinzu, dass möglicherweise gar keine zusätzliche Energie oder Strahlung vorhanden ist. DM könnte lediglich auf eine Weise mit dem Universum interagieren, die im physikalischen Verständnis der Wissenschaftler noch nicht berücksichtigt ist.

Was unternehmen Wissenschaftler, um dieses Problem zu lösen? Wissenschaftler versuchen, fundiertere Beweise zu sammeln, um die einzelnen Berechnungsmethoden der Hubble-Konstante zu verbessern. Einige Wissenschaftler, darunter die UChicago-Wissenschaftler John Carlstrom, Brad Benson und Jeff McMahon, arbeiten an der nächsten Generation von CMB-Teleskopen in der Antarktis und der chilenischen Atacama-Wüste, um die Planck-Daten zu überprüfen und hoffentlich einen noch präziseren Wert für die Hubble-Konstante zu berechnen.
(...)
Unter den Astronomen arbeiten Freedman und andere an neuen Messungen mit verschiedenen Sternarten und einer Technik namens Gravitationslinseneffekt. Diese nutzt die enorme Masse von Galaxien, um Licht von Himmelsobjekten zu fokussieren, die mit bisherigen Beobachtungsmethoden zu weit entfernt sind. Und Holz und seine Kollegen hoffen auf weitere Entfernungsmessungen anhand von Gravitationswellen, die bei Neutronensternkollisionen entstehen. So oder so ist die Annäherung an den wahren Wert der Hubble-Konstante von entscheidender Bedeutung für unser Verständnis des Alters des Universums und seiner Geschichte.

Rainer Raisch schrieb:

Wenn ich nicht irre, dann hat ja Riess den Wert für Λ als best fit errechnet?