Webb fängt diese drei zeitversetzten Bilder einer einzelnen Supernova ein: die Gesetze des Universums auf dem Prüfstand
Diese Lichtpunkte sind in Wahrheit Bilder einer einzelnen Supernova, die den Namen H0pe trägt. Ihre Vervielfachung ist auf den Gravitationslinseneffekt verursacht durch einen Galaxienhaufen im Vordergrund zurückzuführen.
Diese kosmische Linse, die sich in einer Entfernung von 3,6 Milliarden Lichtjahren befindet, verzerrt das Licht der fernen Supernova und erzeugt drei separate Bilder. Jedes Bild steht für einen anderen Moment der Explosion, eine echte kosmische Uhr für die Astronomen.
Die Supernova H0pe vom Typ Ia ist ein wertvolles Werkzeug zur Messung der Hubble-Konstanten. Dieser wichtige Indikator beschreibt die Geschwindigkeit, mit der sich das Universum ausdehnt, und sein präziser Wert ist unter Wissenschaftlern nach wie vor umstritten.
Dank dieser gravitativ gelinsten Supernova konnten die Forscher eine neue Schätzung der Hubble-Konstanten ermitteln: 75,4 Kilometer pro Sekunde und pro Megaparsec. Diese innovative Methode, kombiniert mit der Leistung des Webb-Teleskops, könnte endlich die Unsicherheiten über diesen fundamentalen Wert verringern.
Die Wissenschaftler nutzten auch Daten, die von erdbasierten Teleskopen gesammelt wurden, um die Natur der Supernova H0pe zu bestätigen. Diese Beobachtungen belegen, dass dieser Stern vor etwa 3,5 Milliarden Jahren nach dem Urknall explodierte, lange bevor moderne Galaxien entstanden sind.
Eine Besonderheit dieses Phänomens ist, dass jeder Lichtweg eine unterschiedliche Länge aufweist. Dadurch lassen sich sogenannte „Zeitverzögerungen“ erzielen, als ob wir die Explosion zu drei verschiedenen Momenten ihres Verlaufs sehen würden.
Die Hubble-Konstante: ein immer dunkleres Mysterium
Die Hubble-Konstante, die die Expansionsgeschwindigkeit des Universums misst, bleibt ein umstrittenes Thema unter Wissenschaftlern. Lokale Messungen, also solche, die in unserer kosmischen Umgebung durchgeführt werden, stimmen mit Werten zwischen 73 und 75 km/s/Mpc überein.
Die neuen Beobachtungen der Supernova H0pe, die mit dem James-Webb-Teleskop gemacht wurden, bestätigen diese Werte. Dies stärkt die Gültigkeit früherer Messungen, insbesondere derer, die mit dem Hubble-Teleskop durchgeführt wurden.
Diese Ergebnisse stehen jedoch im Widerspruch zu den Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung, auch als kosmischer Mikrowellenhintergrund bezeichnet. Letztere, die auf Beobachtungen des jungen Universums basieren, deuten auf einen niedrigeren Wert der Hubble-Konstanten hin, der bei etwa 67 km/s/Mpc liegt.
Diese Diskrepanz zwischen den beiden Schätzungen, auch als „Hubble-Konstante-Krise“ bezeichnet, stellt eines der großen Rätsel der modernen Kosmologie dar.
Forscher hoffen, dass zukünftige Beobachtungen des PEARLS-Programms (Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science), das die einzigartigen Fähigkeiten des Webb-Teleskops nutzt, den Wert der Hubble-Konstanten weiter verfeinern können. Diese zusätzlichen Daten könnten entweder dazu beitragen, die Divergenz zwischen den beiden Messreihen zu lösen oder neue Details über die Entwicklung des Universums zu enthüllen, möglicherweise sogar über die wahre Natur der Dunklen Materie oder der Dunklen Energie, die die kosmische Expansion beeinflussen.
Was ist eine Gravitationslinse?
Eine Gravitationslinse ist ein kosmisches Phänomen, das von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt wurde. Es tritt auf, wenn ein massereiches Objekt, wie ein Galaxienhaufen, die Raumzeit um sich herum verformt. Dies hat zur Folge, dass der Weg des Lichts von einem dahinterliegenden entfernten Objekt gekrümmt wird.
Wenn das Licht auf diese Weise gebogen wird, kann es verstärkt und vervielfacht werden, was doppelte oder auch mehrere Bilder des entfernten Objekts erzeugt. Dieses Phänomen ermöglicht es Astronomen, sehr entfernte Objekte im Universum zu beobachten, die normalerweise zu schwach wären, um entdeckt zu werden. Gravitationslinsen fungieren daher als „natürliche Teleskope“ und machen Objekte sichtbar, die sonst unsichtbar geblieben wären.