Die Frage, wie schnell sich das Universum ausbreitet, gehört zu den faszinierendsten Themen der modernen Kosmologie. Seit der Entdeckung der Expansion des Universums durch Edwin Hubble im Jahr 1929 wissen wir, dass sich die Galaxien voneinander entfernen – ein Hinweis darauf, dass der Kosmos selbst größer wird. Doch die Geschwindigkeit, mit der dies geschieht, ist alles andere als trivial zu bestimmen und führt zu einer der spannendsten Herausforderungen der heutigen Wissenschaft.
Die Expansion des Universums: Ein Überblick
Die Expansion des Universums wird durch die sogenannte Hubble-Konstante (H₀) beschrieben. Diese gibt an, wie schnell sich Galaxien in Abhängigkeit von ihrer Entfernung voneinander entfernen. Vereinfacht gesagt: Je weiter eine Galaxie von uns entfernt ist, desto schneller bewegt sie sich weg. Dieser Zusammenhang wird als Hubbles Gesetz bezeichnet:
v=H0⋅dv = H₀ \cdot d
Dabei gilt:
- vv: Geschwindigkeit, mit der sich eine Galaxie entfernt.
- H0H₀: Hubble-Konstante (in km/s pro Megaparsec).
- dd: Entfernung der Galaxie (in Megaparsec, 1 Mpc ≈ 3,26 Millionen Lichtjahre).
Wie groß ist die Hubble-Konstante?
Die genaue Bestimmung der Hubble-Konstante ist eines der zentralen Probleme der Kosmologie. Es gibt zwei Hauptmethoden, um sie zu messen, doch sie liefern leicht unterschiedliche Werte:
- Messung über nahe Galaxien und Cepheiden-Sterne:
- Astronomen beobachten pulsierende Sterne (Cepheiden) oder Supernovae in nahen Galaxien, deren Helligkeit und Entfernung bekannt sind. Daraus ergibt sich ein Wert von: H₀ ≈ 73 km/s/Mpc.
- Kosmische Hintergrundstrahlung:
- Die Analyse der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung (einem „Echo“ des Urknalls) liefert indirekt Informationen über die frühe Expansion. Dies ergibt einen etwas niedrigeren Wert: H₀ ≈ 67 km/s/Mpc.
Dieser Hubble-Spannung genannte Konflikt zwischen beiden Methoden bleibt ein ungelöstes Rätsel und beschäftigt Wissenschaftler weltweit.
Was bedeutet die Hubble-Konstante für die Ausbreitungsgeschwindigkeit?
Die Expansion des Universums bedeutet, dass jede Megaparsec (3,26 Millionen Lichtjahre) um uns herum um etwa 67–73 km/s größer wird. Das bedeutet:
- Eine Galaxie in 10 Mpc Entfernung entfernt sich mit einer Geschwindigkeit von 670–730 km/s.
- Eine Galaxie in 100 Mpc Entfernung entfernt sich mit 6.700–7.300 km/s.
Für sehr weit entfernte Galaxien erreicht diese Geschwindigkeit sogar Werte oberhalb der Lichtgeschwindigkeit! Dies widerspricht jedoch nicht Einsteins Relativitätstheorie, da es sich nicht um die Bewegung der Galaxien durch den Raum handelt, sondern um die Expansion des Raums selbst.
Die Rolle der Dunklen Energie
Seit den späten 1990er Jahren wissen wir, dass die Expansion des Universums nicht gleichmäßig oder verlangsamt abläuft, sondern sich tatsächlich beschleunigt. Verantwortlich dafür ist die mysteriöse Dunkle Energie, die etwa 68 % der gesamten Energie des Universums ausmacht. Ihre genaue Natur ist noch unbekannt, aber sie wirkt wie eine Art „antigravitative Kraft“, die die Ausdehnung antreibt.
Kosmologische Konsequenzen
- Die beschleunigte Expansion bedeutet, dass entfernte Galaxien mit der Zeit immer schwieriger sichtbar werden.
- Einige Galaxien werden irgendwann über den sogenannten kosmologischen Horizont hinauswandern – eine Grenze, jenseits derer das Licht sie nie mehr erreichen kann.
Wie schnell breitet sich das Universum insgesamt aus?
Es gibt keine absolute Geschwindigkeit für die Expansion des Universums, da sie von der Entfernung abhängt. Doch auf kosmischen Skalen lässt sich die Expansionsrate wie folgt charakterisieren:
- Lokale Umgebung:
- In der Nähe der Milchstraße (wenige Mpc) bewegen sich Galaxien mit Geschwindigkeiten von einigen Hundert km/s.
- Kosmologische Entfernungen:
- In einer Entfernung von etwa 1 Milliarde Lichtjahren bewegen sich Galaxien mit mehreren zehntausend km/s.
- Horizont des beobachtbaren Universums:
- Galaxien am Rande des beobachtbaren Universums, etwa 46,5 Milliarden Lichtjahre entfernt, entfernen sich mit einer Geschwindigkeit, die weit über der Lichtgeschwindigkeit liegt.
Schlussfolgerung: Unendliche Expansion?
Die Expansion des Universums wird vermutlich niemals enden. Die beschleunigende Wirkung der Dunklen Energie bedeutet, dass das Universum auf unvorstellbar lange Zeiträume hinaus immer größer wird. In Milliarden oder gar Billionen Jahren könnten alle Galaxien jenseits unseres kosmologischen Horizonts verschwinden, und die Milchstraße (zusammen mit der Andromeda-Galaxie und anderen in der Lokalen Gruppe) wird isoliert in einem scheinbar leeren Kosmos existieren.
Die Geschwindigkeit der Expansion ist also nicht nur ein Maß für die Bewegung von Galaxien, sondern auch ein Schlüssel, um die Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft des Universums zu verstehen. Die genaue Natur der Dunklen Energie und die genaue Bestimmung der Hubble-Konstante bleiben dabei die großen Rätsel der modernen Wissenschaft.