Edwin Hubble und die Hubblekonstante
Der Hubbleeffekt
Die Entdeckung des Hubbleeffektes
In den nächsten Jahren arbeitete Edwin Hubble an der Bewegung der Galaxien. Sein Assistent war Milton Humason. Humason hatte mit 14 Jahren die Schule verlassen und war zuerst Maultiertreiber. Später wurde er Hausmeister auf Mount Wilson. Er war Nachtassistent und half den Astronomen. Wegen seines großen Geschicks im Umgang mit Messgeräten wurde er trotz mangelnder Ausbildung Hilfsastronom. (vergleiche: Ferguson, Kitty: Das Maß der Unendlichkeit. S.202)
Humason half Hubble beim Photographieren der Spektren. Wie auch schon Slipher stellten sie fest, dass fast alle Galaxien (bis auf den Andromedanebel) eine Rotverschiebung aufweisen. Sie erstellten ein Diagramm, in dem sie die Fluchtgeschwindigkeit im Verhältnis zur Entfernung der Galaxie darstellten. Das überraschende Ergebnis war: Je weiter eine Galaxie entfernt ist, um so schneller bewegt sie sich von uns fort. Dieses Phänomen heißt Hubble- Effekt. (vergleiche Hathaway, Nancy: Wie alt ist die Sonne und wie weit weg sind die Sterne? S.331)
In den Galaxien selbst gibt es keine Expansion, weil sie sich selber durch ihre Gravitation anziehen. Auch zwischen Galaxien herrschen Gravitationskräfte. Sie haben die Tendenz, Haufen zu bilden. In diesen Haufen gibt es Bewegungen, die der Expansion des Weltraums entgegenwirken. Deshalb weist z. B. der Andromedanebel eine Verschiebung in den blauen Teil des Spektrums auf. Auch der Virgohaufen bewegt sich nur halb so schnell von uns fort, wie er es nach einfacher Anwendung des Hubble- Gesetzes tun sollte. Erst für Galaxien, die mehr als 100 Milliarden ly von uns entfernt sind, kann man das Hubble- Gesetz anwenden, ohne die Gravitationskraft mit einzubeziehen. (vergleiche Davies, Paul; Gribbin, John: Auf dem Weg zur Weltformel. S.106)
Die Hubble-Konstante
Der Proportionalitätsfaktor, mit dem sich das Universum ausdehnt, heißt Hubblekonstante.
Dazu kann man die Hubblekonstante eines Gummibandes bestimmen.
Hubble schätzte zuerst die Hubblekonstante auf 530 
. Dieser Wert ist aber viel zu groß. Das mit dem Reziproken 
berechnete Alter des Universums betrübe nur 2 Milliarden Jahre. Das wäre jünger als die ältesten Gesteine der Erde. 1956 berichtigte Allan Sandage den Wert auf 180 . In den nächsten Jahren tendierten die Werte zwischen 42 und 52 . Das Alter des Universums beträgt demnach 15 bis 20 Milliarden Jahre. (vergleiche Hathaway, Nancy: Wie alt ist die Sonne und wie weit weg sind die Sterne? S.334)
Der genaue Wert der Hubblekonstante ist auch heute noch sehr umstritten. Das hat mit den Schwierigkeiten der Entfernungsbestimmung (siehe Probleme bei der Bestimmung der Hubblekonstante) zu tun. Auch unterschiedliche Weltmodelle favorisieren unterschiedliche Werte. Standardmodelle nehmen einen Wert um 50 an. Für Nicht-Standardmodelle kann H0 bis zu 90 groß sein.(vergleiche Herausgegeben v. Gruber, Dr. Gernot: Meyers Handbuch Weltall. S.501f)
Eigentlich ist die Hubblekonstante keine echte Naturkonstante; sie wird durch die Gravitationskräfte beeinflusst. Die Fluchtbewegung wird durch die gesamte Materie abgebremst. Das bedeutet, dass sich das Universum früher schneller ausgedehnt hat als heute. Daraus ergeben sich Probleme in der Bestimmung des Alters unseres Universums anhand der Hubblekonstante. Wenn man die Verlangsamung der Fluchtgeschwindigkeit mit berechnet, kann man feststellen, dass der Urknall vor ca. 15 Milliarden Jahren stattgefunden hat. (vergleiche Davies, Paul; Gribbin, John: Auf dem Weg zur Weltformel. S.106/112)
Die kosmische Verlangsamung
Die Abbremsung der Expansion ist abhängig von der gesamten Materie im Weltall und damit vom Dichteparameter Omega.
Wegen der Ungewissheiten über die dunkle Materie lässt sich die Verlangsamung nicht berechnen sondern nur messen. Aber auch die Messungen sind mit großen Schwierigkeiten verbunden. Die Ausdehnungsrate verkleinert sich nur sehr langsam. Deshalb ist es notwendig, die Rotverschiebung von sehr weit entfernten Galaxien zu beobachten. Ihre Bilder sind aber nur sehr schwach und undeutlich, so dass man ihre Rotverschiebung nicht genau messen kann. Außerdem ist es nur schwer möglich, ihre Entfernung zu bestimmen (siehe Probleme bei der Bestimmung der Hubblekonstante). Man versucht, eine Beziehung zwischen absoluter Helligkeit einer Galaxie und deren Alter herzustellen. Im Jahr 1967 entdeckte Beatrice Tinsley, dass die Leuchtkraft der Sterne mit dem Alter einer Galaxie abnimmt. Dazu gibt es eine entgegengesetzte Tendenz der Galaxien, sich zu vereinigen. Es geschieht sehr häufig, dass zwei Galaxien zu einer verschmelzen und somit ihre Leuchtkraft erhöhen. Deshalb ist es bis heute noch nicht möglich, anhand der fernen Galaxien die Verlangsamung der Fluchtgeschwindigkeit zu messen. (vergleiche Rees, Martin: Vor dem Anfang. S.133ff/S.172ff)
Das Alter des Universums
Wenn es keine kosmische Verlangsamung gäbe, könnte man das Alter des Universums einfach aus dem Quotienten aus der Entfernung einer Galaxie und ihrer Fluchtgeschwindigkeit berechnen. Das entspricht dem reziproken Wert der Hubblekonstante (). Die berechnete Zeit nennt man Hubble-Zeit. Um zu wissen, wie alt das Universum wirklich ist, muss man aber die Entfernung durch die Geschwindigkeit teilen. Die Geschwindigkeit ist abhängig von der kosmischen Verlangsamung, die, wie oben erwähnt, noch nicht genau bestimmt werden konnte.
Weiter gehts: Bestimmung der Hubblekonstante