Ein Maser ist ähnlich wie ein Laser eine Quelle heller, monochromatischer, elektromagnetischer Strahlung mit dem Unterschied, dass Maser-Strahlung nicht aus optischem Licht besteht, sondern aus Mikrowellenstrahlung mit längeren Wellenlängen. Dichte Molekülwolken im interstellaren Weltraum produzieren manchmal natürliche Maser, wenn bestimmte Moleküle (Wasser und OH sind zwei Beispiele) oder Atome durch die lokalen Bedingungen angeregt werden und sehr schmalbandige Strahlung emittieren.
Solche astronomischen Maser im Weltraum wurden erstmals vor mehr als 50 Jahren identifiziert und wurden seitdem an vielen Orten in unserer Milchstraßen-Galaxie und in anderen Galaxien identifiziert. Die spektakulärsten Beispiele finden sich in aktiven Sternentstehungsregionen. In manchen Fällen übersteigt die von einem einzigen Maser emittierte Energie die Emissionen der Sonne im gesamten sichtbaren Spektrum. Das macht Maser zu wertvollen diagnostischen Hilfsmitteln, um deren lokale Bedingungen zu untersuchen.
Diese Megamaser können in den Kernregionen von Galaxien mit aktiven supermassiven Schwarzen Löchern gefunden werden, und ihre Helligkeit macht sie zu potenziell nützlichen Werkzeugen für kosmologische Untersuchungen.
Neunzig Jahre nachdem Edwin Hubble die systematischen Bewegungen der Galaxien entdeckte und George Lemaitre sie mit Einsteins Relativitätsgleichungen als kosmisches Zurückweichen interpretierte, sieht sich die beobachtende Kosmologie heute einer Herausforderung gegenüber. Bislang wurde kein präziser und konsistenter Wert für die Expansion gefunden, die durch die sogenannte Hubble-Konstante beschrieben wird. Die aus den Eigenschaften von Galaxien oder aus der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung abgeleiteten Werte sind jeder für sich präzise. Aber sie stimmen nicht miteinander überein. Beobachtungsfehler sind möglich, aber scheinen zu klein für die Unterschiede zu sein.
Viele Astronomen vermuten, dass der Unterschied real ist und einen derzeit fehlenden Faktor in unserem Bild des kosmischen Expansionsprozesses widerspiegelt. Möglicherweise hängt es mit der Tatsache zusammen, dass die Daten zum kosmischen Mikrowellenhintergrund aus einer völlig anderen Zeitepoche stammen als die Daten über die Galaxien, was darauf hindeutet, dass etwas am Prozess hinter dem Urknall noch unbekannt ist.
Das Megamaser Cosmology Projekt ist ein mehrjähriges Beobachtungsprojekt, um Systeme mit dem Ziel zu finden, zu überwachen und zu kartieren, und den Wert der Hubble-Konstante bis auf wenige Prozent zu präzisieren. Dafür werden präzise geometrische Entfernungsmessungen zu Wasser-Megamaser-Galaxien verwendet, deren bekannte Entfernungsgeschwindigkeiten ebenfalls genau und neu gemessen wurden.
Die Astronomen Dom Pesce und Mark Reid vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) sind leitende Mitglieder des Teams, das kürzlich seinen verbesserten Wert der Hubble-Konstante (73,9 ± 3,0 km/s/Mpc) veröffentlicht hat, was einem Alter des Universums von 12,9 ± 0,5 Milliarden Jahren entspricht. Das Team nutzte seine Analysen der Megamaser in sechs Galaxien für dieses Ergebnis.
Zum Vergleich: Andere Projekte, die Galaxien-Messungen verwenden, gelangten zu einem übereinstimmenden Wert von etwa 74,0 km/s/Mpc. Die Ergebnisse des Planck-Satelliten aus Messungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds liefern jedoch einen Wert von etwa 67,4 km/s/Mpc und ein entsprechendes Alter, das mit 14,2 Milliarden Jahren deutlich größer ist. Das Team betont, dass seine zukünftigen Megamaser-Studien diese Präzision erhöhen werden, was Astronomen helfen wird, diese deutliche Diskrepanz anzugehen.
Abhandlung:“The Megamaser Cosmology Project. XIII. Combined Hubble Constant Constraints“ von D. W. Pesce1, J. A. Braatz, M. J. Reid, A. G. Riess, D. Scolnic, J. J. Condon, F. Gao, C. Henkel, C. M. V. Impellizzeri, C. Y. Kuo und K. Y. Lo, The Astrophysical Journal Letters, 891, L1, 2020.
(THK)
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