Eine wiederkehrende Supernova bietet ein neues Maß für die Expansion des Universums.

Ein kosmischer Kameradieb hilft Astronomen dabei, die Rate der Ausdehnung des Universums zu verstehen.

Bilder der Supernova Refsdal sind mehrmals im Sternbild Leo aufgetaucht, dank des Lichts von der Sternexplosion, das sich durch das Gravitationsfeld eines Galaxienclusters schlängelt. Die Analyse von Verzögerungen zwischen Refsdals Auftritten liefert eine neue Messung der Hubble-Konstante, berichten Forscher am 11. Mai online in Science. Diese Konstante beschreibt, wie schnell Galaxien voneinander wegfliegen, wenn sich das Universum ausdehnt. Die neue Messung trägt nun zur Debatte darüber bei, wie schnell sich das Universum ausdehnt.

Supernovas sind die massiven Explosionen, die am Ende mancher Lebenszyklen von Sternen auftreten. Sie gehören zu den gewalttätigsten und spektakulärsten Ereignissen im Universum. Astronom Patrick Kelly von der University of Minnesota in Minneapolis entdeckte im Jahr 2014 die Refsdal-Supernova auf Bildern des Hubble-Weltraumteleskops.

Statt einer einzigen Erscheinung am Himmel sahen wir laut Kelly "vier Bilder davon". Sie bildeten ein Muster, das als Einstein-Kreuz bekannt ist. Das Kreuz entstand, weil die Gravitation eines Galaxienclusters zwischen uns und Refsdal Raum und Zeit verzerrt und eine Gravitationslinse erzeugt, die das Licht auf dem Weg zu uns ablenkt.

Die Position und Ankunftszeiten der von uns gesehenen Bilder hängen von drei Dingen ab: der Verteilung von Materie im Galaxiencluster, der die Linse bildet; den Entfernungen zwischen Erde, Linse und Supernova; und der Hubble-Konstante. Der kombinierte Effekt auf das Licht von Refsdal ist so stark, dass Kelly im Jahr 2014 voraussagte, dass noch ein weiteres Bild aus der Supernova ein weiteres Jahr verzögert sein würde. Tatsächlich erschien Licht von Refsdal im Jahr 2015 erneut am Himmel (SN: 1/5/16).

Die neuen Berechnungen von Kelly und Kollegen verbessern erheblich eine Messung der Hubble-Konstante aus dem Jahr 2018, die Refsdals Erscheinungen verwendet, und setzen sie bei etwa 66,6 Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec fest, basierend auf Gravitationslinsenmodellen, die ihren Beobachtungen am nächsten kommen. "Die akribische Modellierung des [Linsen-]Systems zusammen mit den von ihm erzeugten Gravitationskräften hat [dem Team] ermöglicht, den Fehlerbereich bei der Schätzung der Hubble-Konstante um mehr als den Faktor zwei zu verringern", sagt die Astronomin Vivian Miranda von der Stony Brook University in New York, die nicht an der neuen Studie beteiligt war.

Studien, die die Hubble-Konstante auf andere Weise schätzen, stimmen nicht gut miteinander überein. Eine Methode, die sich auf das antike Licht aus frühen kosmischen Zeiten stützt, legt nahe, dass sich das Universum mit etwa 67 km/s/Mpc ausdehnt. Das ist nahe an dem Wert, den Kellys Gruppe gefunden hat. Aber eine Expansionsabschätzung, die die Entfernungen zu Supernovas auf der Grundlage ihrer Helligkeit verwendet, kommt auf etwa 74 km/s/Mpc (SN 7/30/19).

"Der vorhergesagte Wert der Hubble-Konstante ist sehr empfindlich gegenüber der Dynamik des Universums, sowohl in der fernen Vergangenheit als auch in der jüngsten Gegenwart", sagt Miranda. "Wenn unser Verständnis des Universums korrekt ist, sollten sich alle verschiedenen Methoden zur Messung der Hubble-Konstante aufeinander abstimmen."

Die Beilegung der Diskrepanz zwischen verschiedenen Werten der Hubble-Konstante ist entscheidend, um Dinge wie dunkle Energie zu erklären, die offensichtlich die Ausdehnung des Universums beschleunigt (SN: 3/21/98).

Bekommen Sie großartigen Wissenschaftsjournalismus von der vertrauenswürdigsten Quelle direkt zu Ihnen nach Hause geliefert.

Es bedarf einer weiteren Supernova und einer Linse, um einen großen Sprung in der Genauigkeit gegenüber der Refsdal-Studie zu machen. Ein sich wiederholendes Bild einer Supernova im Sternbild Walfisch, die voraussichtlich 2037 erscheinen wird, könnte den Trick vollbringen (SN: 9/13/21). Inzwischen sagt Kelly, könnten weitere Verfeinerungen im Modell der Gravitationslinse, die die multiplizierten Refsdal-Bilder verursachte, die Schätzungen der Hubble-Konstante etwas verbessern.

"Dies ist das erste Beispiel dieser Art von Messung", sagt Kelly. "Es bereitet den Boden für weitere Messungen und eine höhere Präzision", was das Verständnis der Astronomen für unser sich ständig ausdehnendes Universum vertiefen könnte.