Die Darstellung des Universums durch Quasar-„Uhren“ war nach dem Urknall fünfmal langsamer

Beobachtungsdaten von fast 200 Quasaren zeigen, dass Einstein – wieder einmal – Recht hatte, was die zeitliche Ausdehnung des Universums angeht.

Wissenschaftler haben zum ersten Mal festgestellt, dass sich das frühe Universum in extremer Zeitlupe bewegte, und damit eines der Geheimnisse von Einsteins expandierendem Universum gelüftet.

Einsteins allgemeine Relativitätstheorie bedeutet, dass wir beobachten sollten, wie das ferne – und damit alte – Universum viel langsamer arbeitet als heute. Ein Rückblick auf diese Zeit erwies sich jedoch als schwer fassbar. Wissenschaftler konnten dieses Rätsel nun lösen, indem sie Quasare als „Uhren“ nutzten.

sagte Hauptautor der Studie, Professor Geraint Lewis von der School of Physics der University of Sydney und dem Sydney Institute of Astronomy.

„Wenn Sie da draußen wären, in diesem jungen Universum, würde Ihnen eine Sekunde wie eine Sekunde vorkommen – aber von unserem Standort aus, der mehr als 12 Milliarden Jahre in der Zukunft liegt, scheint sich dieser frühe Zeitpunkt zu verzögern.“

Die Studie wurde am 3. Juli veröffentlicht natürliche Astronomie.

Professor Geraint Lewis ist am Sydney Institute of Astronomy der School of Physics der University of Sydney. Bildnachweis: University of Sydney

Professor Lewis und sein Co-Autor, Dr. Brendon Brewer von der University of Auckland, nutzten Beobachtungsdaten von fast 200 Quasaren – supermassiven Schwarzen Löchern in den Zentren früher Galaxien –, um diese Zeitdilatation zu analysieren.

„Dank Einstein wissen wir, dass Zeit und Raum miteinander verbunden sind und dass sich das Universum seit Anbeginn der Zeit in der Urknall-Singularität ausdehnt“, sagte Professor Lewis.

„Diese Ausdehnung des Weltraums bedeutet, dass unsere Beobachtungen des frühen Universums viel langsamer erscheinen sollten als die heutigen Zeitflüsse.“

„In dieser Arbeit beweisen wir es bis etwa eine Milliarde Jahre später[{“ attribute=““>Big Bang.”

Previously, astronomers have confirmed this slow-motion universe back to about half the age of the universe using supernovae – massive exploding stars – as ‘standard clocks’. But while supernovae are exceedingly bright, they are difficult to observe at the immense distances needed to peer into the early universe.

By observing quasars, this time horizon has been rolled back to just a tenth the age of the universe, confirming that the universe appears to speed up as it ages.

Professor Lewis said: “Where supernovae act like a single flash of light, making them easier to study, quasars are more complex, like an ongoing firework display. 

“What we have done is unravel this firework display, showing that quasars, too, can be used as standard markers of time for the early universe.”

Professor Lewis worked with astro-statistician Dr. Brewer to examine details of 190 quasars observed over two decades. Combining the observations taken at different colors (or wavelengths) – green light, red light, and into the infrared – they were able to standardize the ‘ticking’ of each quasar. Through the application of Bayesian analysis, they found the expansion of the universe imprinted on each quasar’s ticking.

“With these exquisite data, we were able to chart the tick of the quasar clocks, revealing the influence of expanding space,” Professor Lewis said.

These results further confirm Einstein’s picture of an expanding universe but contrast earlier studies that had failed to identify the time dilation of distant quasars.

“These earlier studies led people to question whether quasars are truly cosmological objects, or even if the idea of expanding space is correct,” Professor Lewis said.  

“With these new data and analysis, however, we’ve been able to find the elusive tick of the quasars and they behave just as Einstein’s relativity predicts,” he said.

Reference: “Detection of the cosmological time dilation of high-redshift quasars” by Geraint F. Lewis and Brendon J. Brewer, 3 July 2023, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-023-02029-2