Physik Womöglich leben wir in einer «Hubble-Bubble»

Wie schnell expandiert das Universum? Mit verschiedenen Methoden kommen Forschende auf unterschiedliche Expansionsraten. Ein Genfer Astronom stellt nun eine Theorie auf, die die verschiedenen Werte miteinander versöhnen könnte.

Seit dem Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren dehnt sich das Universum aus. Der US-Astronom Edwin Hubble entdeckte im Jahr 1929, dass sich alle Galaxien von der Milchstrasse entfernen, und sich die entferntesten am schnellsten fortbewegen. Damit wurde er zum Entdecker der Konstante, die nach ihm benannt wurde: Die Hubble-Konstante H0 beschreibt die Expansionsrate des Universums.

Welchen Wert die Hubble-Konstante genau hat, darüber herrscht Unklarheit. Verschiedene Methoden kamen zu verschiedenen Werten. Eine beruht auf präzisen Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung durch den Planck-Satelliten und ergab 67,4 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec (3,26 Millionen Lichtjahre). Das bedeutet, dass die Fluchtgeschwindigkeit pro 3,26 Millionen Lichtjahre um 67,4 Kilometer pro Sekunde zunimmt. Die kosmische Hintergrundstrahlung lässt Rückschlüsse auf die Entwicklung des Universums zu und damit eine Extrapolation auf die heutige Expansionsrate.

Hartnäckige Diskrepanz

Eine andere Methode beruht auf der Vermessung von sehr hellen, pulsierenden Sternen (Cepheiden genannt) und Sternenexplosionen in fernen Galaxien. Mit dieser Methode ergibt sich eine Hubble-Konstante von 74 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec.

Beide Methoden seien im Laufe der Jahre immer präziser geworden , blieben aber unterschiedlich, erklärte Physiker Lucas Lombriser von der Universität Genf gemäss einer Mitteilung seiner Hochschule. Manche hofften gar, hinter der Diskrepanz verstecke sich eine «neue Physik».

Lombriser stellt nun im Fachblatt «Physics Letter B» eine andere Theorie vor, die ohne «neue Physik» auskommt. Er geht dabei davon aus, dass die Materie im Universum nicht so gleichmässig verteilt ist wie bisher angenommen. Einfach vorzustellen ist dies auf relativ kleiner Skala: Eine Galaxie enthält zweifellos mehr Materie als das All darum herum. Lombrisers Theorie zufolge gibt es solche Dichteunterschiede womöglich auch auf viel grösserer Skala.

Blase mit geringerer Dichte

Demzufolge befände sich unser Sonnensystem, die Milchstrasse und alle unsere Nachbargalaxien in einer grossen Blase. Wenn innerhalb dieser «Hubble-Bubble» die durchschnittliche Dichte an Materie deutlich tiefer als im Rest des Universums läge, hätte dies Auswirkungen auf die Entfernungen von Sternenexplosionen in fernen Galaxien (sofern sie sich noch innerhalb der Blase befinden) und die darauf beruhende Berechnung der Hubble-Konstante. Eine mögliche Erklärung für die Diskrepanz der Werte.

Lambriser rechnete diese Theorie mit einer angenommenen Grösse der «Hubble-Bubble» von 250 Millionen Lichtjahre im Durchmesser und einer um 50% tieferen durchschnittlichen Dichte an Materie innerhalb der Blase durch. Damit ergäbe sich eine Hubble-Konstante, die der Extrapolation aus der kosmischen Hintergrundstrahlung entspricht.

Die Wahrscheinlichkeit, dass es Dichte-Fluktuationen auf einer solch grossen Skala geben könnte, liege zwischen 1 in 20 und 1 in 5, so Lombriser. «Das bedeutet, es ist nicht nur eine Fantasie eines Theoretikers.»