Die Hubble-Spannung

Zwei unabhängige H₀-Messungen widersprechen sich auf 5σ: Plancks CMB-Leiter ergibt 67, SH0ES' Cepheiden-Leiter 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 Kämpfe drehten sich um Messfehler und schienen Anfang der 2000er beigelegt. Die neue Uneinigkeit, die sich seit 2013 zuspitzt, ist von anderer Art — zwei der sorgfältigsten Verfahren, die wir haben, stimmen schlicht nicht überein. Liest man die Expansionsrate aus der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung, dem Licht aus der Säuglingszeit des Universums, ab, erhält man etwa 67. Baut man sie stattdessen von nahen Sternen und explodierenden Supernovae her auf, Sprosse um Sprosse hinaus ins All, erhält man etwa 73. Die Lücke ist viel zu breit, als dass die Fehlerbalken beider Seiten sie erklären könnten, und jede Verbesserung der Präzision 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 und Dunkle Energie: Der Planck-Satellit hat die feinen Temperaturschwankungen im Mikrowellenhintergrund mit erlesener Präzision kartiert, und, sofern dieses Modell stimmt, legen jene Schwankungen die Expansionsrate bei 67,4 fest. Der lokale Weg erklimmt eine Entfernungsleiter: Das geometrische Wackeln naher Sterne 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, liefern die Expansionsrate unmittelbar. Das SH0ES-Team unter Adam Riess erhält 73,0. Die Kluft von 8 % zwischen beiden hat jede Nachprüfung überstanden.

Es gibt nur drei Auswege. Vielleicht steckt ein feiner systematischer Fehler in einer der Ketten — doch keiner ist gefunden worden, und Riess’ Messungen von 2024 mit dem James-Webb-Teleskop, die die Cepheiden-Entfernungen bestätigen, lassen die lokale Leiter solide erscheinen. 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 — wobei jede vorgeschlagene Korrektur meist einen Datensatz heilt und einen anderen überlastet. Oder es ist ein statistischer Zufall, eine Hoffnung, die schwindet, während der Abstand hartnäckig hält. Der reizvollste jüngste Hinweis kommt von DESI, das 2024 die feinen regelmäßigen Abstände las, die der Verteilung der Galaxien eingeprägt sind, und ein Flüstern fand, die Dunkle Energie könnte sich selbst mit der Zeit verändern — was, hält es stand, auf die Tür der neuen Physik deutete.

Warum jetztEin wahrhaft unabhängiges Verfahren könnte es doch noch entscheiden: Standardsirenen. Wenn zwei Neutronensterne umeinander spiralen, verschlüsseln ihre Gravitationswellen die Entfernung unmittelbar, ganz ohne Leiter; verbindet man das mit der Fluchtgeschwindigkeit der Wirtsgalaxie, fällt H₀ heraus. Das erste solche Ereignis, 2017, landete lose zwischen den beiden Lagern, doch sind erst einige Dutzend erfasst, sollte das Verfahren Prozentgenauigkeit erreichen — und die für die 2030er geplanten Riesendetektoren werden zum Teil eigens dafür gebaut. Binnen eines Jahrzehnts sollte das Urteil feststehen: eine übersehene Systematik, echte neue Physik oder eine Fluktuation, die am Ende doch zum Mittel zurückkehrt. Selten trägt eine einzelne Zahl so viel Gewicht 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).