Wenn wir 101 Jahre zurückgehen könnten, würden wir auf eine Zeit stoßen, in der Wissenschaftler noch glaubten, die Milchstraße sei die Gesamtheit unseres Universums. Aber wenn wir stattdessen 100 Jahre zurückgehen würden, würden wir feststellen, dass die meisten Wissenschaftler darin übereinstimmen, dass dies nicht wahr ist. Irgendwann dazwischen erkannten die Menschen, dass das Universum viel größer ist als unsere Milchstraße – dass die durch Teleskope sichtbaren Spiralnebel tatsächlich andere Galaxien waren. Der Umfang des Kosmos hatte sich praktisch über Nacht dramatisch ausgedehnt.
Historischen Aufzeichnungen zufolge haben wir dies einem Mann zu verdanken: Edwin Hubble. Das ist sicherlich teilweise die Wahrheit, aber er hätte es nicht ohne die Genialität anderer um ihn herum geschafft, die den Weg für seine Entdeckung ebneten.
„Es ist leicht, Hubble und seine Entdeckung des Universums jenseits der Milchstraße zu romantisieren, aber seine Arbeit lastete wirklich auf den Schultern einer Reihe von Menschen“, sagte Jeff Rich, ein Astronom an den Carnegie Science Observatories, in einer Pressekonferenz das 245. Treffen der American Astronomical Society in Maryland.
Dass Rich die Geschichte von Edwin Hubble auf dem AAS-Treffen im Januar 2025 vorstellte, war symbolisch, denn auf dem 33. Treffen der AAS, vor einem Jahrhundert, am 1. Januar 1925 in Washington, D.C., wurde Hubbles Arbeit offiziell vorgestellt Zum ersten Mal.
Rich beschreibt die Entdeckung des Universums jenseits der Milchstraße als eine jahrhundertelange Offenbarung und erörtert, wie sich unser Verständnis unseres Platzes im Kosmos im Laufe der Zeit mit neuen Entdeckungen allmählich verschmolz. Die beiden Menschen, auf deren Schultern Hubble jedoch am meisten stand, waren Henrietta Swan Leavitt und Harlow Shapley.
Die wichtigsten Sterne im Universum
Leavitt arbeitete am Harvard College Observatory als „Computer“, der von Harvards Teleskopen aufgenommene Fotoplatten analysierte. Leavitt untersuchte insbesondere Bilder der Kleinen und Großen Magellanschen Wolke und hatte darin 1.800 veränderliche Sterne identifiziert. In zwei von Leavitt 1908 und 1912 verfassten Arbeiten konnte sie feststellen, dass viele dieser veränderlichen Sterne eine ausgeprägte Beziehung zwischen Periode und Leuchtkraft aufwiesen. Mit anderen Worten: Sie erkannte, dass die Zeit, die die Sterne brauchten, um regelmäßig zu pulsieren und heller und schwächer zu erscheinen, während sie sich zusammenzogen und ausdehnten, davon abhängt, wie leuchtend sie waren.
Das war eine entscheidende Entdeckung. Angenommen, Sie haben eine dieser Variablen gefunden, die später als Cepheid-Variablen bezeichnet wird. Sie wissen vielleicht nicht, wie weit es entfernt war, aber basierend auf der Variationsperiode der Cepheiden konnten Sie berechnen, wie intrinsisch leuchtend die Cepheiden waren. Um herauszufinden, wie weit der Stern entfernt ist, müssten Sie dann nur noch seine tatsächliche Leuchtkraft mit der scheinbaren Leuchtkraft am Nachthimmel vergleichen. Auch heute noch ist Leavitts Perioden-Leuchtkraft-Beziehung ein Schlüsselkonzept, das Wissenschaftler bei der Messung von Entfernungen im Kosmos verwenden.
Angesichts seiner grundlegenden Rolle in Hubbles Geschichte ist es ironisch, dass Harlow Shapley nicht glaubte, dass es etwas jenseits der Milchstraße gibt. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts waren Teleskope nicht leistungsstark genug, um einzelne Sterne in anderen Galaxien aufzulösen, sodass Spiralgalaxien eher wie Spiralflecken aussahen und als Spiralnebel bezeichnet wurden. Shapley vermutete, dass es sich bei den Spiralnebeln einfach um Sterne handelte, die am Rande der Milchstraße entstanden.
Shapleys Ziel war es, die Größe der Milchstraße – und damit des Universums, wie er es sah – zu messen, indem er die erste offizielle kosmische Entfernungsleiter schuf. Cepheid-Variablen, die er in unserer Galaxie identifizierte, waren die erste Stufe. Als nächstes kamen RR-Lyrae-Sterne, eine weitere Art veränderlicher Sterne mit einem ähnlichen Perioden-Leuchtkraft-Verhältnis wie Cepheiden, und deren Abstände durch Vergleich mit den Cepheiden-Variablen kalibriert werden konnten. Schließlich nutzte er die RR-Lyrae-Variablen, um die Entfernung zu gewöhnlichen massereichen, leuchtenden Sternen am Rande der Milchstraße zu kalibrieren.
Shapley ermittelte, dass die Milchstraße einen Durchmesser von 300.000 Lichtjahren hatte und dass unser Sonnensystem 50.000 Lichtjahre vom Zentrum entfernt war. Während wir heute wissen, dass die genaueren Werte 100.000 Lichtjahre bzw. 26.000 Lichtjahre sind, stellte Shapleys Ergebnis die erste Verwendung einer kosmischen Distanzleiter dar. Shapley nahm im April 1920 sogar an der „Großen Debatte“ mit seinem Astronomenkollegen Heber Curtis an der National Academy of Sciences in Washington DC teil, in der die Natur der Spiralnebel erörtert wurde. Curtis argumentierte, dass die Spiralnebel eigenständige Galaxien seien, sagte jedoch, dass die Milchstraße nur einen Durchmesser von 10.000 Lichtjahren habe. Shapley argumentierte das Gegenteil.
Hubble mischt sich in den Kampf ein
Edwin Hubble trat 1919 dem Team des Mount Wilson Observatory in Kalifornien bei, nur zwei Jahre nachdem das Hooker-Teleskop des Observatoriums, das damals das größte Teleskop der Welt war, das erste Licht gesehen hatte.
„(Hubbles) Durchbruch wurde durch das 100-Zoll-Hooker-Teleskop am Mount Wilson ermöglicht“, sagte Rich. „Hubble konnte seine Entdeckung machen, weil er Zugang zu dieser hochmodernen Technologie hatte.“
Das Hooker-Teleskop war eine Idee des Direktors des Observatoriums, George Ellery Hale, und sollte dank einer großzügigen Spende des kalifornischen Philanthropen John Hooker in Höhe von 45.000 US-Dollar unter anderem das Spiralnebel-Rätsel lösen.
Bevor wir fortfahren, sollten wir noch einen weiteren wichtigen Charakter dieser Geschichte erwähnen: Milton Humason. Ursprünglich wurde er als „Mule Skinner“ angestellt und transportierte Baumaterialien und Ausrüstung per Maultier auf den Mount Wilson, während das Observatorium noch im Bau war. Später wurde er Hausmeister des Observatoriums und dann Assistent der Astronomen, die es nutzten. Humason und Hubble wurden am Teleskop fast unzertrennlich, während Humason selbst viele astronomische Entdeckungen machte, obwohl er keinen Doktortitel hatte, und einen Großteil der Anerkennung verdient, die Hubble erhält.
Nachdem die Bühne bereit war, machten sich Hubble und Humason daran, Spiralnebel mit dem Hooker-Teleskop zu beobachten. Im Jahr 1923 gelang ihnen eine Aufnahme des Andromeda-Spiralnebels Messier 31, die tatsächlich etwas ganz Besonderes zu Tage brachte.
„Hubble war von diesem Bild so begeistert, dass er ‚VAR!‘ schrieb. auf der schwarz-weißen Glasplatte, weil er Hinweise auf eine Cepheid-Variable gesehen hatte“, sagte Rich. Dieser veränderliche Cepheid-Stern wurde einfach als „V1“ bekannt. „Aufgrund der Arbeit von Henrietta Leavitt und Harlow Shapley wusste er, dass er damit zum ersten Mal die Entfernung zu einem Spiralnebel messen konnte.“
Und er hat es gemessen. Er berechnete eine Entfernung von 930.000 Lichtjahren, was weniger als der Hälfte der tatsächlichen Entfernung von 2,5 Millionen Lichtjahren entspricht, aber ungeachtet der Einschränkungen von Hubbles rudimentärer Berechnung (die kosmische Entfernungsleiter wird auch heute noch verfeinert) zeigte sie dies deutlich Die Andromeda-Spirale existierte jenseits der 300.000 Lichtjahre, die Shapley für die Milchstraße gemessen hat. Messier 31 war kein Spiralnebel. Es war eine Spiralgalaxie.
Hubble schrieb an Shapley und informierte ihn über seine Entdeckung. Als Shapley seinen Brief las, kommentierte er: „Hier ist der Brief, der mein Universum zerstört hat.“
Hubble ließ die Nachricht von seiner Entdeckung im November 1924 an die New York Times „durchsickern“, weshalb die Präsentation bei der AAS im darauffolgenden Januar, die tatsächlich vom Astronomen Henry Norris Russell und nicht von Hubble selbst gehalten wurde, nur die offizielle Enthüllung war – inoffiziell Allerdings wussten die Leute bereits davon.
Heute gehen wir davon aus, dass das Universum voller Galaxien ist, einige Spiralgalaxien wie die Milchstraße und Andromeda, einige riesige Ellipsengalaxien und andere winzige Zwerggalaxien. Letzten Berechnungen zufolge gibt es im sichtbaren Universum schätzungsweise bis zu 2 Billionen Galaxien. Und doch bemerkt Rich, dass Hubbles epochale Entdeckung tatsächlich relativ neu war.
„Hundert Jahre sind nicht so weit weg“, sagte er. Tatsächlich gibt es ein paar Menschen auf der Welt, die noch älter sind und in einer Zeit geboren wurden, bevor wir wussten, dass andere Galaxien existieren. „Das ist wirklich eine Lektion dafür, wie sehr sich die Dinge verändert haben und wie schnell Entdeckungen auf uns zukommen können.“
Heute ist die Fotoplatte, die die Cepheid-Variable V1 einfängt, mit Hubbles gekritzeltem „VAR!“ versehen. In der Ecke befindet sich ein kostbares Relikt einer Entdeckung, nach dem ein wissenschaftlicher Indiana Jones in tausend Jahren suchen würde. Glücklicherweise müssen Sie sich nicht auf eine so beschwerliche Reise begeben, um es zu finden. Die normalerweise unter Verschluss gehaltene Platte wurde an die Luft gelassen und ist derzeit einige Monate lang in der Ausstellung „Mapping the Infinite: Cosmologies Across Cultures“ im Los Angeles County Museum zu sehen.
Was Hubble betrifft, so hat er hier nicht aufgehört. Sein späteres Stimmgabeldiagramm der Formen von Galaxien bleibt ein klassisches Lehrmittel für Astronomen, und obwohl die Entwicklung der Galaxien, die die Stimmgabel darstellt, rückwärtsgewandt ist, verwenden professionelle Astronomen immer noch die Stimmgabel-Nomenklatur „früh“ und „früh“ späte” Galaxien.
Dann, im Jahr 1929, enthüllte Hubble, dass sich fast alle anderen Galaxien im Universum von uns entfernten, was zum Teil auf Rotverschiebungsmessungen des Astronomenkollegen Vesto Slipher und im Einklang mit theoretischen Arbeiten des belgischen Physikers und Priesters Georges Lemaître beruhte, der daraus abgeleitete Ergebnisse lieferte das sogenannte Hubble-Lemaître-Gesetz, das die Expansion des Universums beschreibt.
Innerhalb von fünf Jahren waren wir von der Annahme, dass die Milchstraße alles sei, zur Entschlüsselung eines unendlichen, expandierenden Universums übergegangen. Es handelte sich um einen Paradigmenwechsel, der auf der Grundlage von Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie erfolgte, die 1915 veröffentlicht wurde, und etwa zur gleichen Zeit, als die größten Physiker der Welt, angeführt von Niels Bohr, das Reich der Quantenphysik erkundeten war ein Grundpfeiler einer transformativen Ära in der Wissenschaft, die unser heutiges Verständnis des Kosmos geprägt hat. Angesichts neuer Geheimnisse wie der Dunklen Materie, der Dunklen Energie, der Suche nach einer Quantentheorie der Schwerkraft, der Hubble-Spannung und der Ursache des Urknalls, die alle Physiker verwirren, wäre jetzt ein guter Zeitpunkt für einen weiteren Wandel in der Wissenschaft, der dem eines ähnelt Jahrhundert.
