Immer größer und größer

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Eine der offenen Fragen in der Astronomie ist, ob die Expansionsbewegung des Weltalls für immer andauern wird oder das Universum irgendwann aufhört, sich auszudehnen, und statt dessen implodiert. Neue Studien über explodierende Sterne in den entferntesten Weiten des Weltraums deuten darauf hin, daß unser Universum wohl ewig weiterwachsen wird.

Dies besagen Erkenntnisse des Supernova Cosmology Project, eines internationalen Astrophysiker-Teams mit Sitz im Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory. „Entfernte Supernovae dienen uns als natürliche Meilensteine. Wir können sie nutzen, um Trends bei der Ausweitung des Universums zu messen“, sagt der Leiter der Gruppe, Saul Perlmutter, der am 8. Januar 1998 anläßlich des jährlichen Treffens der American Astronomical Society die Forschungsergebnisse des Teams präsentierte. „All unsere Beobachtungen von Supernovae, die eine große Anzahl unterschiedlicher Entfernungen umfassen, deuten darauf hin: Wir leben in einem Universum, das sich ewig ausbreitet. Offenbar reicht die Masse im All nicht aus, um durch ihre Gravitationskraft die mit dem Urknall begonnene Ausdehnung langsam zum Stillstand zu bringen.“

Diese Erkenntnis beruht auf der Analyse von 40 der rund 65 Supernovae, die das Supernova Cosmology Project bis dato entdeckt hat. Explodierende Sterne, bekannt als Supernovae, sind dermaßen hell, daß ihr Licht in der Hälfte des überschaubaren Weltraums sichtbar ist. Erreicht das Licht der entferntesten, bisher entdeckten Supernova schließlich die Erdteleskope, sind seit der Explosion sieben Milliarden Jahre vergangen.

Nach einer solchen Reise ist das Sternenlicht schwach, und seine Wellenlänge wurde durch die Ausdehnung des Universums gestreckt – ein Phänomen, das wir als Rotverschiebung bezeichnen. Durch den Vergleich des schwachen Lichts entfernter Supernovae mit dem hellen Licht von Sternexplosionen in unserer Nähe bestimmen die Forscher die vom Licht zurückgelegte Entfernung. Diese Entfernungen und die Rotverschiebungen der Supernovae zusammen ergeben die Expansionsrate des Alls im Verlaufe seiner Geschichte. Somit läßt sich bestimmen, inwieweit sich die Expansionsrate verringert.

Die Genauigkeit, mit welcher die Geschwindigkeitsabnahme bestimmt wird, ist abhängig von den bemerkenswert gut vorhersagbaren Eigenschaften einer bestimmten Art von Supernova: dem „Typ Ia“. Explosionen dieses Typs werden ausgelöst, wenn ein sterbender Weißer Zwerg zu viel Gas von einem benachbarten Roten Riesen abzieht. Dieses löst eine thermonukleare Explosion aus, die den Weißen Zwerg auseinanderreißt.

„Eine Ia-Supernova scheint mitunter heller als eine ganze Galaxie, jedoch nur für etwa einen Monat. Danach wird ihr Licht äußerst schwach, und selbst die größten Teleskope können sie folglich über diese Entfernung nicht mehr beobachten“, sagt Gerson Goldhaber, Forscher am Berkeley-Laboratorium. Zwar scheinen nicht alle Supernovae des Ia-Typs gleich hell, doch kann man ihre wahre Helligkeit feststellen, indem man bestimmt, wie schnell sich das Licht jeder einzelnen Supernova abschwächt, und dann zurückrechnet.

In der Tat sind Ia-Supernovae in benachbarten Galaxien laut Peter Nugent vom Berkeley-Laboratorium derartig leicht berechenbar: „Der Zeitpunkt, an dem die Explosion begann, kann schon alleine durch die Beobachtung des Spektrums bestimmt werden. Sogar bei der Untersuchung unserer Supernovae mit den größten Entfernungen zeigte sich, daß sie immer das zum jeweiligen Alter der Explosion passende Spektrum besaßen. Das zeigt uns, daß Supernovae des Typs Ia, die explodierten, als das Universum halb so alt war wie jetzt, sich im wesentlichen genauso wie heute verhalten.“ (Nature vom 1. Januar 1998)

Die entferntesten Supernova-Explosionen erscheinen von der Erde aus äußerst schwach, gehen schnell vorbei und vollziehen sich in nicht vorhersehbaren Intervallen. Deshalb mußte das Team des Supernova Cosmology Project einen zeitlich stark abgestimmten Beobachtungsplan entwickeln, der dann mit Teleskopen auf der ganzen Welt und seit kurzem auch mit dem Hubble Space Telescope umgesetzt wird. „Wir untersuchen kosmische Feuerwerke, die innerhalb von Wochen wieder verschwinden. Folglich müssen wir schnell sein“, bemerkt Teammitglied Greg Aldering. „Einige Teammitglieder begutachten ferne Galaxien mit dem größten Teleskop in den chilenischen Anden. Gleichzeitig greifen andere in Berkeley per Internet auf diese Daten zu und analysieren sie zum Aufspüren der Supernovae. Finden wir mögliche Supernovae, reisen wir eilig nach Hawaii, um sicherzustellen, daß es sich wirklich um solche handelt. Außerdem messen wir dort mit dem Keck-Telescope, dem größten der Welt, ihre Rotverschiebungen. Währenddessen stehen Teammitglieder außerhalb von Tucson und auf den Kanarischen Inseln an ihren Teleskopen bereit, um die schwindende Supernovae zu vermessen. Das Hubble Space Teleskop untersucht die entferntesten Supernovae, da diese vom Boden aus kaum zu beobachten sind.“

Zwischen Weihnachten und Silvester 1997 entdeckte das Supernova Cosmology Project in den Weiten des Weltraums noch weitere Supernovae. Diese werden verwendet, um die am 8. Januar vermeldeten Ergebnisse zu überprüfen.

Teammitglied Ariel Goobar von der Stockholmer Universität bemerkte: „Das Beobachten von so weit entfernt liegenden Supernovae lehrt uns etwas über die kosmologische Konstante, die Einstein einmal seinen größten Fehler nannte.“ Sollten die neu entdeckten Supernovae nämlich die Geschichte der vorigen 40 bestätigen, müssen Astrophysiker sich vielleicht auf Einsteins kosmologische Konstante berufen. Nur mit deren Hilfe ließe sich die populäre Theorie der Evolution des Kosmos aufrechterhalten. Anders ausgedrückt: Zumindest in der Vergangenheit wirkte eine unbekannte Kraft der Gravitation entgegen und produzierte so die beobachtete Ausdehnungsrate.

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