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Zwei neue Studien haben die Expansion des Universums in unserer unmittelbaren kosmischen Nachbarschaft mit einer neuartigen Methode gemessen. Sie analysiert die Bewegung zweier nahegelegener Galaxiengruppen innerhalb ihres umgebenden kosmischen Flusses. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich das lokale Universum langsamer ausdehnt als bisher angenommen. Die Messungen nahegelegener Galaxien stimmen damit eng mit den Beobachtungen des frühen Universums überein. Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass weniger Dunkle Materie erforderlich ist um die Dynamik der Galaxien innerhalb dieser Gruppen zu erklären, als bisher angenommen.
Die beiden Studien wurden kürzlich in Astronomy & Astrophysics von einem internationalen Team, einschließlich David Benisty vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP), veröffentlicht. Jede Arbeit analysiert Beobachtungsdaten für eine andere nahegelegene Galaxiengruppe – die Centaurus-A-Gruppe und die M81-Gruppe –, um sowohl ihre Massen als auch den Wert der Hubble-Konstante zu bestimmen.
Die Hubble-Konstante beschreibt, wie schnell sich das Universum ausdehnt, ausgedrückt als Verhältnis der Rückzugsgeschwindigkeit zur Entfernung einer Galaxie von uns. Die Hubble-Konstante wird in km/s pro Megaparsec gemessen, wobei 1 Megaparsec 3,3 Millionen Lichtjahren entspricht.
Aus dem ersten Licht im frühen Universum, der sogenannten kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, konnte ein präziser Wert für die Hubble-Konstante von 68 km/s/Mpc abgeleitet werden. Anhand der Distanz von explodierenden Sternen in sich entfernenden Galaxien, gelang eine weitere sehr genaue Messung der Hubble-Konstante aus unserem späten, lokalen Universum. Dieser Wert beträgt jedoch 73 Mpc.
Der Unterschied zwischen den gemessenen Expansionsraten des frühen und des späten Universums ist als Hubble-Diskrepanz bekannt. In den letzten Jahrzehnten entwickelte sich diese Kontroverse zu einer der zentralen Herausforderungen in der Astrophysik, die unser Verständnis der Kosmologie und der grundlegenden Physik in Frage stellt.
Die neuen Studien beleuchten diese Fragestellung aus einer umfassenderen Perspektive als der Ansatz, der auf Sternexplosionen basiert. Während die Sternexplosionsmethode darauf abzielt, die kosmische Expansion direkt zu verfolgen, analysieren die neuen Studien die Bewegung von Galaxien in Gruppen, die in das expandierende Universum eingebettet sind. Die Anziehungskräfte der Schwerkraft bündeln die Gruppen, während die kosmische Expansion die Galaxien auseinanderreißt. Dieser Balanceakt hängt von der Masse der gravitativ gebundenen Gruppe und der Hubble-Konstante als expandierendem Zug ab. Überraschenderweise erhielten David Benisty vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) und sein Team eine Hubble-Konstante von etwa 64 km/s/Mpc. Das Ergebnis legt nahe, dass zumindest ein Teil der Hubble-Kontroverse auf die Beobachtungen und Methoden zurückzuführen ist, die wir zur Ableitung der Hubble-Konstante verwenden.
Die Forschenden konzentrierten sich auf zwei Galaxiengruppen: Die Centaurus-A-Gruppe ist eine der nächstgelegenen Galaxiengruppen jenseits der eigenen Lokalen Gruppe der Milchstraße. Man nahm an, dass sie von der riesigen elliptischen Galaxie Centaurus A dominiert wird und Dutzende kleinerer Satellitengalaxien enthält. Die neue Analyse zeigt, dass die Centaurus-A-Gruppe nicht um Centaurus A zentriert ist, sondern zusammen mit der Galaxie M83 ein Binärsystem bildet. Das Team bestimmte daher erstmals einen Wert für die Hubble-Konstante auf dieser Grundlage sowie eine genauere Massenabschätzung.
Von der M81-Gruppe war bereits bekannt, dass sich in ihrem Zentrum zwei Galaxien, M81 und M82, befinden. Dank des erweiterten Datensatzes zeigte sich, dass die Mitgliedsgalaxien um dieses Binärsystem wie bereits bekannt eine ebene Struktur bilden. Die Untersuchung der turbulenten Dynamik zeigt jedoch, dass diese dennoch bemerkenswert geordnet ist: Die innere ebene Region mit Abständen von weniger als einer Million Lichtjahren ist gegenüber der großräumigen Umgebung um etwa 34 Grad geneigt. In einer Entfernung von 10 Millionen Lichtjahren dreht sich die Orientierung so, dass sie mit der großräumigen, schichtartigen Struktur übereinstimmt, die sich bis zur Centaurus-A-Gruppe erstreckt.
Bemerkenswert ist, dass die beiden Galaxiengruppen nicht nur eine ähnliche Umgebung teilen. Sie haben auch gemeinsam, dass die Massen der leuchtkräftigsten Mitgliedsgalaxien nahezu die gesamte Masse der Gruppe ausmachen und dass die Bewegungen aller Galaxien in ihrer Umgebung durch das Zusammenspiel der gravitativen Anziehung der Galaxien und den kosmischen Zug beschrieben werden können. Im Gegensatz zu Simulationen von Galaxiengruppen, die stets in einen übergeordneten Halo aus Dunkler Materie eingebettet sind, lassen sich die Beobachtungen beider Galaxiengruppen somit auch ohne diese zusätzliche Dunkle Materie gut erklären.
Das Team wird diese Methode, die ein umfassendes Verständnis der Strukturen in unserer kosmischen Nachbarschaft ermöglicht, auf ein größeres kosmisches Volumen übertragen. Neue Beobachtungen in größeren Entfernungen, wie beispielsweise vom 4-Meter-Multi-Object-Spectroscopic-Telescope (4MOST), könnten mit den nächsten Datenveröffentlichungen nicht nur zu einer Lösung der Hubble-Kontroverse beitragen, sondern auch eine genauere Bestandsaufnahme liefern, wie viel von der rätselhaften Dunklen Materie in unserem Universum vorhanden ist.
Die Ergebnisse der Forschung entstanden in Zusammenarbeit von David Benisty (AIP Potsdam), Jenny Wagner (Academia Sinica, Institut für Astronomie und Astrophysik, und Universität Helsinki), Adrian Faucher (École Polytechnique), David Benisty (AIP Potsdam), David Mota (Universität Oslo) und Igor Karachentsev (Sonderobservatorium für Astrophysik, Russische Akademie der Wissenschaften).
Dr. David Benisty, benidav@aip.de
Adrian Faucher, David Benisty and David F. Mota (2026): Hubble-constant and -mass determination of Centaurus A and M83 from tip-of-red-giant-branch distances, A&A, 705, A112, DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202556283
Jenny Wagner, David Benisty and Igor D. Karachentsev (2026): The binary ballet: Mapping local expansion around M 81 and M 82, A&A, 706, A92, DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202557876
https://www.aip.de/de/news/slower-expansion-cosmic-neighborhood/
Die Geschwindigkeiten von Galaxien in Gruppen im Verhältnis zur Entfernung. Eingebettet in das expan ...
Copyright: AIP/ D. Benisty / J. Fohlmeister
Die Verteilung von Galaxiengruppen um unsere lokale kosmische Nachbarschaft. Fokus der Untersuchunge ...
Copyright: AIP/ D. Benisty / J. Fohlmeister
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars, Students, all interested persons
Physics / astronomy
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
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