Astronomen enthüllen bahnbrechende Methode zur präzisen Messung der kosmischen Expansion mit linsenförmigen Supernovae

Global - Ekhbary Nachrichtenagentur

Astronomen enthüllen bahnbrechende Methode zur präzisen Messung der kosmischen Expansion mit linsenförmigen Supernovae

In einem bedeutenden Sprung für die Kosmologie hat ein internationales Astronomenteam eine neuartige Technik entwickelt und erfolgreich angewendet, um die Expansionsrate des Universums mit beispielloser Genauigkeit zu messen. Dieser innovative Ansatz, der eine seltene gravitationslinsenförmige superleuchtende Supernova namens „SN Winny“ nutzt, bietet eine potenzielle Lösung für die seit langem bestehende „Hubble-Spannung“ – eine verwirrende Diskrepanz bei den Messungen der kosmischen Expansion, die Wissenschaftler seit Jahren herausfordert.

Die Entdeckung, die in einem zur Veröffentlichung in Astronomy & Astrophysics angenommenen Artikel detailliert beschrieben wird, konzentriert sich auf SN 2025wny, eine superleuchtende Supernova, die etwa 10 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt beobachtet wurde. Was diese Sternexplosion außergewöhnlich machte, war ihr Erscheinen nicht einmal, sondern gleich fünfmal am Nachthimmel. Dieses himmlische Spektakel war eine direkte Folge der Gravitationslinse, ein von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagtes Phänomen, bei dem die immense Gravitation zweier Vordergrundgalaxien das Licht der Supernova ablenkte und vergrößerte, wodurch multiple Bilder entstanden.

Superleuchtende Supernovae gehören zu den mächtigsten und hellsten Ereignissen im Kosmos, was sie zu unschätzbaren „Standardkerzen“ für die Messung riesiger kosmischer Entfernungen macht. Traditionell bilden sie eine entscheidende Stufe auf der „Kosmischen Entfernungstreppe“, einer Schritt-für-Schritt-Methode zur Bestimmung von Entfernungen zu immer entfernteren Objekten. Die einzigartige Gravitationslinse von SN Winny bot dem Forschungsteam, das von Institutionen wie der Technischen Universität München (TUM) und dem Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPG) geleitet wird, jedoch eine besondere Gelegenheit, einige inhärente Einschränkungen konventioneller Methoden zu umgehen.

Der Schlüssel zu dieser neuen Messung liegt in den Zeitverzögerungen zwischen den multiplen Bildern von SN Winny. Da das Licht der Supernova unterschiedliche Wege um die linsenförmigen Galaxien nahm, hatte jeder Weg eine etwas andere Länge. Folglich erreichte das Licht die Erde zu unterschiedlichen Zeiten. Durch die akribische Messung dieser Zeitverzögerungen und die genaue Modellierung der Massenverteilung der beiden linsenförmigen Galaxien konnten die Forscher die Hubble-Lemaitre-Konstante, die die Expansionsrate des Universums quantifiziert, direkt berechnen.

Professorin Sherry Suyu von der Beobachtungskosmologie an der TUM, eine führende Persönlichkeit in der Forschung, hob die extreme Seltenheit eines solchen Ereignisses hervor. „Wir haben diese Supernova SN Winny genannt, inspiriert von ihrer offiziellen Bezeichnung SN 2025wny. Es ist ein extrem seltenes Ereignis, das eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung unseres Verständnisses des Kosmos spielen könnte“, erklärte Suyu in einer Pressemitteilung des MPG. Sie erläuterte ferner den immensen Aufwand: „Die Wahrscheinlichkeit, eine superleuchtende Supernova zu finden, die perfekt mit einer geeigneten Gravitationslinse ausgerichtet ist, liegt unter eins zu einer Million. Wir haben sechs Jahre damit verbracht, nach einem solchen Ereignis zu suchen, indem wir eine Liste vielversprechender Gravitationslinsen erstellten, und im August 2025 passte SN Winny genau zu einer davon.“

Die Beobachtung wurde durch das Large Binocular Telescope (LBT) in Arizona ermöglicht, das mit seinen zwei 8,4-Meter-Spiegeln und einem fortschrittlichen adaptiven Optiksystem ausgestattet ist. Die aufgenommenen Bilder zeigten die beiden Vordergrundgalaxien zentral gelegen, umgeben von fünf deutlichen, bläulichen Bildern der Supernovaexplosion – ein wahrhaft spektakuläres kosmisches „Feuerwerk“. Allan Schweinfurth, ein junger Forscher der TUM, der am Bau des ersten Modells der Linsenmassenverteilung beteiligt war, bemerkte die relative Einfachheit des Systems im Vergleich zu früheren linsenförmigen Supernovae. „Bisher wurden die meisten linsenförmigen Supernovae von massiven Galaxienhaufen vergrößert, deren Massenverteilungen komplex und schwer zu modellieren sind. SN Winny wird jedoch nur von zwei einzelnen Galaxien linsenförmig. Wir finden insgesamt glatte und regelmäßige Licht- und Massenverteilungen für diese Galaxien, was darauf hindeutet, dass sie trotz ihrer scheinbaren Nähe in der Vergangenheit noch nicht kollidiert sind. Die Gesamtkomplexität des Systems bietet eine spannende Möglichkeit, die Expansionsrate des Universums mit hoher Genauigkeit zu messen“, erklärte Schweinfurth.

Diese „Ein-Schritt-Methode“ bietet eine entscheidende Alternative zu den beiden primären Techniken, die derzeit zur Messung der kosmischen Expansion eingesetzt werden und beide ihre eigenen Herausforderungen mit sich bringen. Die erste, die Kosmische Entfernungstreppe, basiert auf einer Reihe von Messungen, wobei jede auf der vorhergehenden aufbaut. Obwohl sie für lokale Messungen effektiv ist, können kumulative Fehler auf riesigen kosmologischen Skalen Unsicherheiten einführen. Die zweite Methode beinhaltet die Analyse des Kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB), der Reliktstrahlung des Urknalls. Dieser Ansatz bietet eine hohe Präzision, indem er auf das frühe Universum zurückblickt, aber seine Berechnungen hängen stark von theoretischen Modellen der kosmischen Evolution ab, die noch Gegenstand ständiger Debatten und Verfeinerungen sind.

Stefan Taubenberger, ein führendes Mitglied von Professor Suyus Team und Erstautor der Studie, betonte den klaren Vorteil ihrer neuen Technik: „Im Gegensatz zur kosmischen Entfernungstreppe handelt es sich um eine Ein-Schritt-Methode mit weniger und völlig anderen Quellen systematischer Unsicherheiten.“ Die Fähigkeit, die Hubble-Lemaitre-Konstante direkt zu berechnen, indem man die Massenverteilung der linsenförmigen Galaxien versteht, umgeht die sequenziellen Abhängigkeiten der Entfernungstreppe und die modellabhängigen Annahmen der CMB-Messungen und bietet eine wirklich unabhängige Verifizierung.

Die Implikationen dieser Entdeckung sind tiefgreifend. Durch die Bereitstellung einer dritten, unabhängigen und hochpräzisen Methode zur Bestimmung der Expansionsrate des Universums hoffen Astronomen, neues Licht auf die Hubble-Spannung zu werfen. Diese Spannung entsteht aus den unterschiedlichen Werten der Hubble-Konstante, die aus lokalen Messungen (wie der Kosmischen Entfernungstreppe) und Beobachtungen des frühen Universums (wie dem CMB) abgeleitet werden. Eine robuste, unabhängige Messung von linsenförmigen Supernovae könnte entweder einen der vorhandenen Werte validieren oder, was noch faszinierender ist, auf neue Physik jenseits unserer aktuellen kosmologischen Modelle hinweisen. Während Astronomen weltweit SN Winny weiterhin detailliert mit boden- und weltraumgestützten Teleskopen beobachten, versprechen die aus diesem einzigartigen Ereignis gewonnenen Erkenntnisse, unser Verständnis des Kosmos und seiner grundlegenden Eigenschaften erheblich voranzutreiben.

Ekhbary Nachrichtenagentur