03.03.2010

Neu berechnet: Der Kosmos ist 13,7 Milliarden Jahre alt

Neue Studie bestimmt Hubble-Konstante mit Hilfe von Gravitationslinsen unter Berücksichtigung von mehr Faktoren als in früheren Berechnungen.

Neue Studie bestimmt Hubble-Konstante mit Hilfe von Gravitationslinsen unter Berücksichtigung von mehr Faktoren als in früheren Berechnungen.

Unser Universum hat 13,75 Milliarden Jahre auf dem Buckel - so lautet das Ergebnis einer neuen detaillierten Studie. Forscher der Universität Bonn haben Bilder des Hubble Space Teleskops ausgewertet, gemeinsam mit Kollegen der US-Universitäten Stanford und Kalifornien. Ihre Rechnung berücksichtigt mehr Faktoren als frühere Studien, daher kommt ihr Wert für das Alter des Universums der Wirklichkeit besonders nahe.

Abb.: Das Gravitationslinsensystem B1608+656, aufgenommen mit der "Advanced Camera for Surveys" an Bord des Hubble Space Teleskops. Die Bilder der Quellgalaxie sind hier mit A-D bezeichnet, die beiden Linsengalaxien mit G1 und G2. (Bild: NASA/STScI, ESA, S. H. Suyu (University of Bonn), P. J. Marshall (Stanford University))

Das Forscherteam hat mit Hilfe so genannter Gravitationslinsen die Hubble-Konstante bestimmt. Diese beschreibt, wie schnell sich unser Universum ausdehnt. Daraus lässt sich ableiten, wie viel Zeit seit dem Urknall vergangen ist. Bisher galt die Gravitationslinsen-Methode als verhältnismäßig unpräzise. Sherry Suyu von der Uni Bonn und ihre Kollegen konnten nun jedoch die Konstante mit einer Genauigkeit von sieben Prozent bestimmen. Für das Alter des Kosmos heißt das: "Nach unseren Berechnungen ist das Universum 13,75 Milliarden Jahre alt", so Suyu, "maximal 170 Millionen Jahre älter oder 150 Millionen Jahre jünger."

Um die Hubble-Konstante zu ermitteln, müssen die Forscher wissen, wie weit eine Galaxie von uns entfernt ist und wie schnell sie sich von uns fortbewegt. Letzteres lässt sich anhand der Rotverschiebung ermitteln: Je schneller sich eine Galaxie wegbewegt, desto stärker sind die Wellenlängen des Lichts, das von ihr ausgeht, in den rötlichen Bereich verschoben. Die absolute Entfernung der Erde zu einer fremden Galaxie zu ermitteln, ist dagegen sehr viel komplizierter.

Das internationale Team benutzte dafür eine noch relativ junge Methode: Sie betrachteten eine Galaxie - die so genannte Quelle -, die hinter zwei anderen, nah beieinander liegenden, massereichen Galaxien liegt. Die starke Gravitation dieser Galaxien krümmt den Raum. Bewegt sich Licht von der Quelle nahe an den Galaxien vorbei, wird es durch die Schwerkraft ähnlich wie von einer Linse abgelenkt. Astronomen sprechen daher auch von Gravitationslinsen.

Als Folge sehen wir die Quelle nicht einmal, sondern gleich mehrmals am Himmel, da das Licht auf unterschiedlichen Wegen um die Linsengalaxien herum zu uns gelangen kann. "In unserem Fall gab es vier Abbilder der Quelle, die ringförmig um die Linse herum erschienen", erklärt Suyu. Die Quellgalaxie selbst veränderte mit der Zeit ihre Helligkeit. Diese Helligkeitsänderung zeigte sich auch in den vier Bildern - allerdings zu unterschiedlichen Zeiten: "Die Wege, die das Licht der Quellgalaxie durch die Linse nehmen kann, sind unterschiedlich lang", sagt Suyu. "Daher hellte zuerst dieses Bild unten links auf. Etwa 30 Tage später wurde das Abbild oberhalb der Linse heller."

Aus dem Zeitunterschied zwischen den vier Bildern konnten die Astronomen die Entfernung zur Quelle ermitteln. Phil Marshall vom Kavli-Institut für Astroteilchenphysik und Kosmologie der Universität Stanford in Kalifornien erläutert: "Wenn wir wissen, wie die Linse beschaffen ist, können wir vorhersagen, wie lange das Licht der vier Bilder für seinen Weg von der Quelle durch die Linse zu uns jeweils braucht. Vergleichen wir diese Werte mit dem Zeitunterschied, den wir bei den vier flackernden Bildern tatsächlich beobachten, wissen wir, wie weit die Linsengalaxie und die Quelle von uns entfernt sind."

Erstmalig hat das Team in seine Berechnungen auch alle anderen Galaxien mit einbezogen, die zwischen der Erde und der Quelle liegen. "Ohne diese zusätzlichen Massen erhält man für die Hubble-Konstante einen zu hohen Wert", erklärt Stefan Hilbert, Suyus Kollege am Argelander-Institut. Das Universum würde dann jünger geschätzt, als es tatsächlich ist.

Forscher vor ihnen haben bei der Berechnung der Hubble-Konstante meist einfach vorausgesetzt, dass das Universum flach und nicht gekrümmt ist. Suyu und ihre Kollegen haben jetzt berechnet, dass diese Annahme tatsächlich stimmt. Und auch über die mysteriöse dunkle Energie, die das Universum immer schneller expandieren lässt, wissen sie jetzt mehr: "Unsere Berechnungen haben ergeben, dass unser Universum zu 72 Prozent aus dunkler Energie besteht, wie auch immer sie aussehen mag", sagt Suyu. "Der Rest ist die gewöhnliche Materie, die wir kennen, und Dunkle Materie, nach der unter anderem Forscher am Genfer CERN suchen."

Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

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