Kosmische Expansion: Astronomen entdecken, dass sich das lokale Universum langsamer ausdehnt als erwartet

Die Geschwindigkeit, mit der sich das Universum ausdehnt, gehört zu den zentralen Fragen der modernen Kosmologie. Zwei aktuelle Studien liefern nun Hinweise darauf, dass die Expansion direkt in unserer kosmischen Nachbarschaft langsamer verläuft als bisher angenommen.

Die Verteilung von Galaxiengruppen in unserer lokalen kosmischen Nachbarschaft. Im Mittelpunkt der Untersuchungen standen die Gruppen Centaus A und M81. Bild: AIP/D. Benisty/J. Fohlmeister

Das Universum dehnt sich unentwegt aus – und diese Ausdehnung wird als kosmische Expansion bezeichnet. Die wiederum wird mithilfe der sogenannten Hubble-Konstante angegeben. Die Hubble-Konstante beschreibt, wie schnell Galaxien auseinanderdriften. Je höher der Wert ist, desto schneller expandiert das Universum.

Die Hubble-Konstante gibt an, wie schnell das Universum Galaxien expandiert und sich Galaxien – mit zunehmender Entfernung – voneinander entfernen. Sie wird in Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec angegeben, einer astronomischen Distanz von rund 3,3 Millionen Lichtjahren.

Beobachtungen der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, also des ersten messbaren Lichts im jungen Universum, liefern für die Hubble-Konstante einen Wert von etwa 68 Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec.

Die rätselhafte Hubble-Diskrepanz

Messungen im heutigen, lokalen Universum ergeben jedoch einen deutlich höheren Wert. Untersuchungen mithilfe von explodierenden Sternen, also von Supernovae, führen zu einer Hubble-Konstante von etwa 73 Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec. Dieser Unterschied zum ersten Wert wird als Hubble-Diskrepanz bezeichnet.

Die Hubble-Diskrepanz beschäftigt die Astrophysik seit Jahren, weil sie fundamentale Fragen über die Struktur und Entwicklung des Universums aufwirft.

Zwei neue Studien nähern sich diesem Problem nun mit einem anderen Ansatz. Statt einzelne Sternexplosionen zu analysieren, betrachten sie die Bewegungen ganzer Galaxiengruppen innerhalb des immer größer werdenden Kosmos.

Ein internationales Forschungsteam, dem auch David Benisty vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) angehörte, hat dafür die Bewegung von Galaxien in zwei nahegelegenen Galaxiengruppen analysiert, nämlich die Galaxiengruppen um Centaurus A sowie um die Spiralgalaxie M81. Die Arbeiten sind kürzlich im Fachjournal Astronomy & Astrophysics erschienen.

Galaxiengruppen mit zwei Kräften

In solchen Galaxiengruppen wirken zwei gegensätzliche Kräfte: Einerseits zieht die Gravitation die Galaxien zueinander, andererseits treibt die Expansion des Universums sie auseinander.

Die Geschwindigkeiten von Galaxien in Gruppen im Verhältnis zur Entfernung. Eingebettet in das expandierende Universum bündeln die Anziehungskräfte die Mitglieder der Gruppen, während die kosmische Expansion die äußeren Galaxien wegreißt. Bild: AIP/D. Benisty/J. Fohlmeister

Wie stark die beiden Effekte sind, hängt von der Gesamtmasse der Gruppe und der Stärke der kosmischen Expansion ab. Genau dieses Zusammenspiel haben die Forschenden mit ihrer neuen Methode analysiert, mit dem überraschenden Ergebnis einer Hubble-Konstante von rund 64 Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec.

Überraschender Aufbau der Centaurus-A-Gruppe

Besonders aufschlussreich war die Analyse der Centaurus-A-Gruppe. Sie gilt als eine der nächstgelegenen Galaxiengruppen außerhalb unserer Lokalen Gruppe, zu der auch die Milchstraße gehört.

Die Lokale Gruppe ist unsere heimische Galaxiengruppe mit einem Durchmesser von fünf bis acht Millionen Lichtjahren und zwei gravitativen Zentren, nämlich der Milchstraße und der Andromedagalaxie, unsere Nachbargalaxie. Um diese herum gruppieren sich etwa 70 kleinere Galaxien.

Bisher war man davon ausgegangen, dass die riesige elliptische Galaxie Centaurus A das Zentrum dieser nächstgelegenen Galaxiengruppe bildet. Die neue Untersuchung zeigt jedoch, dass Centaurus A gemeinsam mit der Galaxie M83 ein Binärsystem bildet. Auf dieser Grundlage konnten die Forschenden erstmals eine neue Massenabschätzung und einen Wert für die Hubble-Konstante ableiten.

Geordnete Bewegung der M81-Gruppe

Auch die zweite untersuchte Galaxienansammlung, die M81-Gruppe, zeigt eine komplexe Struktur. Im Zentrum befinden sich die beiden Galaxien M81 und M82, um die sich die übrigen Mitgliedsgalaxien in einer flachen Ebene anordnen, wie die neuen Daten nun zeigen. Trotz teilweise turbulenter Bewegungen bleibt die Gesamtstruktur erstaunlich geordnet.

Die innere Ebene der Gruppe ist gegenüber der großräumigen Umgebung um etwa 34 Grad geneigt. In einer Entfernung von rund zehn Millionen Lichtjahren passt sich ihre Orientierung schließlich wieder der großräumigen kosmischen Struktur an.

Weniger Dunkle Materie als erwartet?

Bemerkenswert ist eine weitere Gemeinsamkeit der beiden Galaxiengruppen. In beiden Fällen scheint der Großteil der Gesamtmasse von den hellsten Galaxien selbst zu stammen. Die Bewegungen der übrigen Galaxien lassen sich durch Gravitation und kosmische Expansion erklären.

Zusätzliche Dunkle Materie, wie sie in vielen Simulationen angenommen wird, scheint in diesen Systemen weniger notwendig zu sein. Damit werden gängige Modelle zur Struktur von Galaxiengruppen zumindest teilweise infrage gestellt.

Weitere Beobachtungen geplant

Die Forschenden wollen ihre Methode künftig auf größere Bereiche des Universums anwenden, um ein umfassenderes Bild der Bewegungen in unserer kosmischen Umgebung zu erhalten.

Wichtig könnten dabei neue Beobachtungen mit dem 4-Meter-Multi-Object-Spectroscopic-Telescope (4MOST) werden, mit dem sich die Expansion in größeren Entfernungen genauer vermessen lässt.

Sollten sich die Ergebnisse bestätigen, könnten sie tatsächlich zur Lösung der Hubble-Diskrepanz beitragen. Sie würden zudem Hinweise darauf liefern, wie viel von der rätselhaften Dunklen Materie tatsächlich im Universum vorhanden ist.

Quellenhinweis:

Faucher, A., Benisty, D., & Mota, D. F. (2026): Hubble-constant and -mass determination of Centaurus A and M83 from tip-of-red-giant-branch distances. Astronomy & Astrophysics, 705, A112.

Wagner, J., Benisty, D., & Karachentsev, I. D. (2026): The binary ballet: Mapping local expansion around M 81 and M 82. Astronomy & Astrophysics, 706, A92.