Für die Entfernungsmessung nutzen Astronomen eine ganze Abfolge von Messungen, die als »kosmische Entfernungsleiter« bekannt ist. Dabei baut jede einzelne Methode, jede »Sprosse« der Leiter, auf der jeweils vorangehenden auf. Die unterste Sprosse basiert auf der Triangulation naher Sterne. Höhere Sprossen nehmen hingegen stets gleich ablaufende Supernova-Explosionen zu Hilfe oder pulsierende Riesensterne, so genannte Cepheiden, bei denen sich die Entfernung aus der Lichtkurve rekonstruieren lässt.

Die Unsicherheiten jeder Sprosse addieren sich dabei, so dass die Entfernungen weit entfernter Objekte stets mit systematischen Unsicherheiten behaftet sind. Mittlerweile haben Astronomen bedeutende Fortschritte gemacht und glauben, alle Sprossen der Entfernungsleiter gut verstanden zu haben.

Die Arbeit von Riess und seinen Kollegen ist die bisherige Krönung dieser Arbeiten: Mit Hilfe von Cepheiden in der Großen Magellanschen Wolke habe man den Fehler der Entfernungsleitermethode noch einmal um 0,5 Prozent gesenkt, schreiben die Forscher im »Astrophysical Journal«. Nun sei man bei 1,9 Prozent Fehlergröße. Damit gilt der von Riess und seinen Kollegen gefundene Wert von 74 km/s/Mpc als gut etabliert – und die Diskrepanz zur Planck-Messung wirkt noch frappierender.

Das Resultat des ESA-Satelliten beruht auf einem ganz anderen Prinzip. Die Strahlung des Mikrowellenhintergrunds bietet keine Möglichkeit, die Hubble-Konstante direkt zu messen. Stattdessen lassen sich aus den ultrafeinen Temperaturschwankungen der Strahlung und unter Annahme eines bestimmten kosmologischen Modells die Eigenschaften des heutigen Kosmos rekonstruieren – darunter auch die Hubble-Konstante. Im weithin akzeptierten kosmologischen Standardmodell ist etwa festgelegt, wie groß der Anteil der Dunklen Materie und der Dunklen Energie sind, die, so glauben die Kosmologen, die Entwicklung des Universums entscheidend beeinflussen.

Wenn das Standardmodell das Universum korrekt beschreibt, dann sollte die aus ihm über die Planck-Messung ermittelte Hubble-Konstante mit der direkt gemessenen übereinstimmten. Doch das tut sie nicht. Dabei gilt die Messung auf Basis der Hintergrundstrahlung mittlerweile als so genau, dass sie nur noch mit einem Fehler im Prozentbereich behaftet ist. Systematische oder statistische Messfehler können die Differenz zur Messung von Riess und Kollegen nicht wirklich erklären.

Zu allem Überfluss ist es auch so, dass sich hier nicht bloß zwei Forscherteams gegenüberstehen: Sowohl der Wert des Planck-Teams als auch der von Adam Riess und Kollegen wird von anderen Gruppen und anderen Messungen gestützt. So kommt etwa der Vergleich großräumiger Strukturen im heutigen Weltall mit den Dichtemustern in der kosmischen Hintergrundstrahlung zu einem ähnlichen Ergebnis wie das Planck-Team. Für die Entfernungsleitermethode sprechen hingegen unter anderem durch Gravitationslinsen betrachtete Quasare, auch wenn hier die Messunsicherheit noch etwas größer ist.

Messfehler oder neue Physik?

Insgesamt halten es immer mehr Wissenschaftler für möglich, dass niemand einen Fehler gemacht hat und beide Lager Recht haben. Das kosmologische Standardmodell wäre dann an einem entscheidenden Punkt falsch oder zumindest unvollständig. In diesem Fall wäre die Entwicklung des Universums vom Urknall bis heute etwas anders abgelaufen. So könnte zum Beispiel die Dunkle Materie etwas andere Eigenschaften haben als vermutet. Auch eine zusätzliche Art Neutrinos könnte verantwortlich sein. Beides könnte die Entwicklung des frühen Universums beeinflusst haben und zu einem anderen Wert der Hubble-Konstanten aus der Mikrowellenhintergrundstrahlung führen. Leider vermag bislang keine dieser Ideen alle Beobachtungen widerspruchsfrei zu erklären.

Das Team um Riess macht sich daher nun für eine andere Erklärung stark: Die rätselhafte Dunkle Energie, die das Weltall laufend auseinanderdrückt, könnte sich mit der Zeit verändert haben. Im kosmologischen Standardmodell tritt die rätselhafte Antischwerkraft eigentlich als Konstante auf. Diesem Bild zufolge handelt es sich um eine mit dem Vakuum verschweißte Energieform, deren Dichte pro Raumvolumen stets gleich groß ist.

In den vergangenen Jahren diskutieren Wissenschaftler mit wachsendem Ernst das Szenario, dass diese Dichte mit der Zeit geschwankt haben könnte. Riess und sein Team spekulieren nun über drei verschiedene Phasen, die es seit dem Urknall gegeben haben könnte. In der Kinderstube des Alls könnte die Dunkle Energie demnach für einen ungewöhnlich starken Schub gesorgt haben, was die Diskrepanz der Hubble-Werte laut Riess erklären würde.

Sollte sich dieser Verdacht erhärten, wäre es nicht das erste Mal, dass genauere Beobachtungen zu einer radikalen Umwälzung der Kosmologie führen. Schon die Entdeckung der Dunklen Energie im Jahr 1998 markierte eine Zeitenwende, Gleiches galt für die Entdeckung der Expansion des Alls in den 1920er Jahren.

Sind die Messungen wirklich vergleichbar?

Aus Sicht vieler Astrophysiker ist es noch zu früh, erneut eine Revolution auszurufen. Schließlich dürfe man nicht vergessen, dass die beiden Messmethoden zur Hubble-Konstante zwei sehr verschiedene Zustände des Kosmos betrachten: Die Entfernungsleitermethode betrachtet das heutige Weltall und misst dessen momentane Expansionsrate. Sie beschränkt sich dabei auf einen vergleichsweise kleinen, »lokalen« Teil des Kosmos.

Der Mikrowellenhintergrund hingegen stammt aus einer Zeit, als das Universum gerade einmal 380 000 Jahre alt war und statt aus Galaxien nur aus Gas und Strahlung bestand. Bei der Analyse dieser Strahlung am heutigen Nachthimmel hat Planck also Strahlung im Blick, die sehr weit gereist ist und alle Epochen des Alls miterlebt hat. Sowohl in zeitlicher als auch räumlicher Dimension sind die beiden Messungen also nicht direkt vergleichbar.

Tatsächlich gehen Kosmologen davon aus, dass sich die Hubble-Konstante im Lauf der kosmischen Entwicklung verändert hat: einerseits durch die bremsende Wirkung der sich gegenseitig anziehenden Materie, die gerade anfangs dominierte, andererseits durch die Wirkung der Dunklen Energie, die das All mit wachsendem Abstand zwischen den Galaxien immer stärker auseinandertreibt – auch dann, wenn ihre Dichte wie vom kosmologischen Standardmodell vorhergesagt konstant sein sollte.

Die erwähnte Gerade in Hubbles Diagramm wird deshalb zur Kurve, wenn man nur weit genug entfernte Galaxien hinzunimmt und damit weit in die Vergangenheit des Kosmos zurückblickt. Außerdem halten es Astrophysiker für möglich, dass sich Teile des Kosmos mit unterschiedlichen Raten ausdehnen: Ob unser Teil des Alls ein repräsentatives Beispiel für den Rest des Universums darstellt, ist alles andere als gesichert.

Vielleicht wäre es für die Kosmologie das Beste, wenn sich die neue Kontroverse um die Hubble-Konstante nicht durch eine einfache Justierung des kosmologischen Standardmodells lösen ließe. Denn so elegant das Modell ist – was sich hinter der Dunklen Materie und Dunklen Energie verbirgt, kann es nicht erklären.