Die Hubble-Spannung

Zwei unabhängige H₀-Messungen widersprechen einander Mitte der 2020er mit 5σ: Plancks CMB-Leiter ergibt 67, die Cepheiden-Leiter von SH0ES ergibt 73.

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Der Beitrag

Seit fast einem Jahrhundert streiten Astronomen über eine einzige Zahl: H₀, die Rate, mit der sich das Universum heute ausdehnt. Die alten Auseinandersetzungen galten Messfehlern und schienen Anfang der 2000er Jahre erledigt. Die neue Uneinigkeit, die sich seit 2013 zuspitzt, ist von anderer Art: Zwei der sorgfältigsten Verfahren, die wir haben, kommen schlicht nicht überein. Liest man die Expansionsrate aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund ab, dem Licht aus der Säuglingszeit des Universums, erhält man rund 67. Baut man sie stattdessen von nahen Sternen und explodierenden Supernovae her auf, Sprosse für Sprosse hinaus ins All, erhält man rund 73. Für die Fehlerbalken beider Seiten ist die Lücke viel zu breit, und jeder Präzisionsgewinn hat es nur schwerer gemacht, sie abzutun. Das ist die Hubble-Spannung.

Die beiden Zahlen stammen von entgegengesetzten Enden der kosmischen Geschichte. Der Weg über das frühe Universum führt durch das Standardmodell der Kosmologie, ΛCDM — gewöhnliche Materie, Dunkle Materie, Dunkle Energie: Der Satellit Planck hat die feinen Temperaturschwankungen im Mikrowellenhintergrund mit erlesener Genauigkeit kartiert, und trifft dieses Modell zu, legen sie die Expansionsrate auf 67,4 fest. Der lokale Weg erklimmt eine Entfernungsleiter: Die geometrische Verschiebung naher Sterne am Himmel eicht die Cepheiden, pulsierende Sterne, deren Takt ihre wahre Helligkeit verrät; Cepheiden in nahen Galaxien eichen die Typ-Ia-Supernovae, die alle nahezu gleich hell explodieren; und diese Supernovae, quer durch den Kosmos sichtbar, geben die Expansionsrate unmittelbar her. Das SH0ES-Team um Adam Riess kommt auf 73,0. Die Kluft von 8 % dazwischen hat jede Nachprüfung überstanden.

Es gibt nur drei Auswege. Vielleicht steckt in einer der Ketten ein feiner systematischer Fehler — gefunden wurde bisher keiner, und Riess’ Messungen von 2024 mit dem James-Webb-Teleskop, die die Cepheiden-Entfernungen bestätigen, lassen die lokale Leiter solide aussehen. Vielleicht ist die Antwort neue Physik: eine Zutat, die dem Modell des frühen Universums fehlt — etwa ein kurzer früher Schub Dunkler Energie, der den CMB-Wert nach oben schöbe. Nur heilt jeder vorgeschlagene Eingriff meist den einen Datensatz und überlastet dabei den nächsten. Oder es ist eine statistische Laune, eine Hoffnung, die schwindet, während der Abstand hartnäckig hält. Der reizvollste Hinweis dieser Art kam von DESI: Ab 2024 las die Durchmusterung die feinen regelmäßigen Abstände aus, die der Verteilung der Galaxien eingeprägt sind, und fand ein Flüstern, die Dunkle Energie könnte sich mit der Zeit selbst verändern — hält das stand, weist es zur Tür der neuen Physik.

Warum jetztEntscheiden könnte es am Ende ein wirklich unabhängiges Verfahren: die Standardsirenen. Wenn zwei Neutronensterne umeinander spiralen, steckt die Entfernung unmittelbar in ihren Gravitationswellen, ganz ohne Leiter; nimmt man die Fluchtgeschwindigkeit der Wirtsgalaxie dazu, fällt H₀ heraus. Das erste solche Ereignis, 2017, landete unscharf zwischen den beiden Lagern, doch sobald einige Dutzend erfasst sind, sollte das Verfahren Prozentgenauigkeit erreichen — und die Riesendetektoren, die für die 2030er Jahre geplant sind, entstehen zum Teil eigens dafür. Binnen eines Jahrzehnts sollte das Urteil stehen: eine übersehene Systematik, tatsächlich neue Physik oder eine Fluktuation, die am Ende doch zum Mittelwert zurückkehrt. Selten trägt eine einzige Zahl so viel für die Kosmologie.

Zur VertiefungCosmological Distances and the Hubble Tension (Riess, Review 2020). Modern Cosmology (Dodelson & Schmidt, 2. Aufl., 2020). Planck 2018 Results VI: Cosmological Parameters (Planck Collaboration). The DESI 2024 BAO and Cosmology Results (DESI Collaboration).