KLEINE STERNE WIDERLEGEN EINEN SPRUNG DER GRAVITATION

Das Universum dehnt sich aus, und seine heutige Expansionsrate wird durch eine Zahl namens Hubble-Konstante gemessen. Das Problem: Zwei Familien von Messungen liefern unterschiedliche Antworten. Messungen auf Basis naher Sterne und Supernovae – die „Entfernungsleiter” – widersprechen dem Wert, der aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund, dem ältesten Licht des Universums, abgeleitet wird, je nach Daten auf einem Niveau von etwa 5 Sigma. Der Mikrowellenhintergrund liefert den niedrigeren Wert. Das ist die Hubble-Spannung, eines der drängendsten Probleme der Kosmologie.

Manche Erklärungen machen versteckte Fehler verantwortlich. Andere verlangen nach neuer Physik. Einer der kühnsten Vorschläge ist das „G-Stufen”-Modell (G-step): Newtons Gravitationskonstante G, die die Stärke der Gravitation festlegt, hätte sich in der jüngeren kosmischen Vergangenheit abrupt verändert.

Ein plötzlicher Wechsel vor 73 bis 130 Millionen Jahren

Die Idee: Supernovae, die als kosmische Maßstäbe dienen, leuchten mit einer Helligkeit, die von G abhängt. War G vor einem bestimmten Zeitpunkt anders, wären ferne Supernovae (die wir so sehen, wie sie vor dem Wechsel waren) und nahe (danach) nicht derselbe Maßstab, und die Expansionsrate würde falsch eingeschätzt. Zwei Versionen werden hier getestet:

das ursprüngliche Modell: Gravitation 11 Prozent stärker vor einem Sprung vor 130 Millionen Jahren;
ein erweitertes Modell: 4 Prozent stärker vor einem Sprung vor 73 Millionen Jahren.

Sterne mit langem Gedächtnis

Jeremy Sakstein von der University of Hawai’i und Harry Desmond von der University of Portsmouth fanden einen unerwarteten Zeugen: Rote Zwerge, die kleinsten Sterne, mit weniger als etwa einem Drittel der Sonnenmasse. Diese Sterne werden vom Kern bis zur Oberfläche durchmischt und reagieren auf jede Störung äußerst träge. Die Zeit, die sie brauchen, um sich nach einer Größenänderung wieder einzupendeln, liegt bei etwa 100 Millionen Jahren – ähnlich der Zeit, die seit dem vermuteten Sprung vergangen ist.

Die Folge, zuerst mit Papier und Bleistift, dann mit einem Sternentwicklungscode ausgearbeitet: Ein Roter Zwerg, der unter stärkerer Gravitation lebte und dann G auf den heutigen Wert fallen sah, bläht sich schnell auf und schrumpft danach nur langsam zurück. Heute wäre er für seine Masse noch etwas zu groß.

Acht Sterne auf der Waage

Zur Überprüfung nutzten die beiden Physiker acht Rote Zwerge in Bedeckungsveränderlichen – Sternpaaren, die von der Erde aus gesehen voreinander vorbeiziehen, was einige der genauesten Massen und Radien liefert, die für überhaupt einen Stern bekannt sind. Sie wählten Sterne mit 0,1 bis 0,31 Sonnenmassen in Paaren, die weit genug auseinanderliegen, um Gezeiteneffekte zu begrenzen.

Eine Komplikation: Auch Sternflecken blähen einen Stern auf. Die Autoren ließen die Fleckenbedeckung jedes Sterns frei variieren, von null bis vollständig, sodass Flecken jede Aufblähung auffangen konnten, wenn das möglich war.

Keine Spur eines Sprungs

Für beide Zeitpunkte passt am besten eine Gravitation, die sich nie verändert hat. Die beiden vorgeschlagenen Sprünge sind ausgeschlossen:

4 Prozent, vor 73 Millionen Jahren: ausgeschlossen mit etwa 3,1 Sigma;
11 Prozent, vor 130 Millionen Jahren: ausgeschlossen mit etwa 4,0 Sigma.

Sternflecken können das Modell nicht retten: Für diese Sprünge brauchen vier der acht Sterne bereits null Flecken, und weniger als keine kann ein Stern nicht haben.

Ein gewichtiger Zeuge

Die Autoren prüften, wie fragil das Ergebnis ist. Würden die Sternmodelle die Radien systematisch um 1 Prozent überschätzen, würde der Ausschluss schwächer, bliebe aber bestehen. Sie weisen außerdem darauf hin, dass ein Stern, J2343+29, einen Großteil des Gewichts trägt: Ohne ihn fallen die Ausschlüsse auf 2,45 und 1,90 Sigma – noch immer ohne jede Präferenz für eine Änderung der Gravitation.

Die Studie löst die Hubble-Spannung nicht. Sie engt das Feld ein: Diese beiden Versionen eines jüngeren Sprungs der Gravitation stehen nun im Widerspruch zu den Sternen unserer eigenen Galaxis.