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Ein Team der Universität Bologna und des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) und weiteren Instituten bringt Licht in eine der am meisten diskutierten Fragen in der gegenwärtigen Kosmologie; dem Wert der Hubble-Konstante:
Statt die Expansionsrate des Universums direkt zu vergleichen, bestimmten sie mithilfe präziser Sternendaten das Alter sorgfältig ausgewählter, sehr alter Sterne der Milchstraße und dieses auf etwa 13,6 Milliarden Jahre. Unter der Annahme des Standardmodells der Kosmologie steht dieses Alter im Widerspruch zu einem jüngeren Universum, das sich aus auf Cepheiden und Supernovae basierenden Expansionsmessungen ergibt. Es ist aber vereinbar mit dem aus Beobachtungen der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung abgeleiteten älteren Alter – und eröffnet damit eine neue Perspektive in der Debatte um die Hubble-Konstante.
Eine der am meisten diskutierten Fragen in der gegenwärtigen Kosmologie ist heute der Wert der Hubble-Konstante. Sie gibt an, wie schnell sich das Universum ausdehnt. Seit Jahren liefern verschiedene Methoden widersprüchliche Ergebnisse, und trotz vieler Bemühungen gibt es immer noch keine eindeutige Erklärung. Seit der Weltraummission Gaia wird unsere Milchstraße zunehmend zu einem „Nahfeldlabor“ der Kosmologie – wie eine aktuelle Studie nun zeigt.
Die Studie der Università di Bologna und dem Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) eröffnet einen alternativen Zugang zu den bisherigen Methoden. Statt die Antworten direkt in der Expansionsrate zu suchen, wurden sie in eine Frage nach dem Alter übersetzt. Kosmologische Modelle verknüpfen die die aktuelle Rate der Expansionsgeschwindigkeit des Universums unmittelbar mit seinem Alter: Ein höherer Wert der Hubble-Konstante bedeutet ein jüngeres Universum, während ein kleinerer Wert einem älteren Universum entspricht. Die derzeit widersprüchlichen Messungen der Hubble-Konstante, die einerseits auf Messungen im lokalen Universum anhand von Cepheiden und Supernovae und andererseits auf Messungen im frühen Universum anhand der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung basieren, entsprechen einem Alter des Universums von etwa 13 bzw. 14 Milliarden Jahren. Aber welches dieser beiden Alter ist das richtige?
Das Universum kann nicht jünger sein als die ältesten Sterne, die es enthält. Gelingt es also, das Alter der ältesten Sterne in unserer Galaxis präzise zu bestimmen, lässt sich damit eine robuste Untergrenze für das Alter des Universums festlegen.
Angestoßen wurde das Projekt durch eine ungewöhnliche Zusammenarbeit zweier traditionell getrennter Forschungsrichtungen: einer kosmologischen Arbeitsgruppe an der Universität Bologna und einer Gruppe für stellare Archäologie am AIP. Grundlage bildete ein bereits existierender Katalog von Sternaltern aus einer früheren Studie des AIP, in der für mehr als 200.000 Sterne der Milchstraße präzise Altersbestimmungen mithilfe mehrerer Informationen wie ihrer Helligkeit, Position und Entfernung, vorgenommen wurden. Entscheidend war dabei die Nutzung der dritten Datenveröffentlichung der ESA Gaia-Mission, die besonders genaue Parallaxen und Spektren und damit verbesserte Sternparameter für eine große Zahl naher Sterne liefert.
Aus diesem umfangreichen Datensatz wurde eine sorgfältig ausgewählte Stichprobe der ältesten Sterne mit den zuverlässigsten Altersschätzungen zusammengestellt. Der Schwerpunkt lag dabei auf Qualität statt Quantität, wobei nur Sterne ausgewählt wurden, deren Alter mit dem StarHorse-Code zuverlässig bestimmt werden konnte, und potenzielle Verunreinigungen entfernt wurden. Das Ergebnis: Für die endgültige Stichprobe von rund hundert Sternen beträgt das wahrscheinlichste Alter etwa 13,6 Milliarden Jahre. Dies ist zu alt, um mit dem aus Cepheiden und Supernovae abgeleiteten Alter des Universums vereinbar zu sein (es sei denn, andere Komponenten der kosmologischen Modelle werden variiert), es entspricht jedoch gut dem aus der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung abgeleiteten Alter des Universums.
„Dieses Projekt zeigt auf anschauliche Weise, wie die Kombination von Fachwissen aus verschiedenen Bereichen neue Perspektiven auf grundlegende Fragen eröffnen kann. Die Messung des Alters von Sternen ist an sich schon eine komplexe Herausforderung, aber wir leben heute in einer Zeit, in der die Quantität und Qualität der verfügbaren Daten es uns ermöglichen, eine beispiellose Präzision und erstmals statistisch signifikante Ergebnisse zu erzielen. Mit der bevorstehenden Veröffentlichung der nächsten Gaia-Daten könnte das Alter von Sternen zu einem grundlegenden Anker für die Kosmologie werden“, so Dr. Elena Tomasetti von der Università di Bologna, Erstautorin der Studie.
„Mit Gaia ist die Milchstraße praktisch zu einem Nahfeld-Kosmologielabor geworden. Wir können nun das Alter von Sternen mit beispielloser Präzision bestimmen. Der nächste Durchbruch wird die Genauigkeit sein, die galaktische Zeitachse mit weitaus größerer Sicherheit zu verankern. Das ESA-HAYDN-Missionskonzept, an dem das AIP beteiligt ist, zielt darauf ab, diesen entscheidenden Schritt zu ermöglichen“, fügt Dr. Cristina Chiappini vom AIP hinzu.
Auch wenn die Ergebnisse aufgrund verbleibender Unsicherheiten in den Sternaltersbestimmungen noch nicht endgültig sind, liefern sie einen wichtigen unabhängigen Hinweis in der Debatte um die Hubble-Konstante. Zugleich unterstreichen sie das Potenzial der Nahfeld-Kosmologie und insbesondere der AIP-Forschung, fundamentale kosmologische Fragen mithilfe der ältesten „Fossilien“ der Milchstraße anzugehen. Mit der vierten Gaia-Datenveröffentlichung werden weitere deutliche Fortschritte erwartet – und damit weitere Erkenntnisse über das Alter des Universums und den Wert der Hubble-Konstanten.
https://www.aanda.org/component/article?access=doi&doi=10.1051/0004-6361/202...
https://arxiv.org/abs/2509.02692
https://arxiv.org/abs/2402.00561
Wie alt ist das Universum?
Copyright: Elena Tomasetti
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars, Students
Physics / astronomy
transregional, national
Research results
German
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