In einer bahnbrechenden Studie haben Wissenschaftler Quasare als kosmische Uhren verwendet, um das frühe Universum in extremer Zeitlupe zu beobachten und damit Einsteins allgemeine Relativitätstheorie weiter zu bestätigen. Durch die Untersuchung von Daten von fast 200 Quasaren, hyperaktiven supermassiven Schwarzen Löchern in den Zentren früher Galaxien, stellte das Team fest, dass die Zeit scheinbar fünfmal langsamer verging, als das Universum etwas mehr als eine Milliarde Jahre alt war.
Beobachtungsdaten von fast 200 Quasaren zeigen, dass Einstein – wieder einmal – mit der Zeitdilatation des Kosmos Recht hatte.
Wissenschaftler haben zum ersten Mal beobachtet, wie das frühe Universum in extremer Zeitlupe ablief, 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 läuft als das heutige. Es hat sich jedoch als schwierig erwiesen, so weit in die Vergangenheit zurückzublicken. Wissenschaftler haben dieses Rätsel nun gelöst, indem sie Quasare als „Uhren“ verwendet haben.
„Wenn wir auf eine Zeit zurückblicken, als das Universum etwas mehr als eine Milliarde Jahre alt war, sehen wir, dass die Zeit scheinbar fünfmal langsamer vergeht“, sagte der Hauptautor der Studie, Professor Geraint Lewis von der School of Physics und dem Sydney Institute for Astronomy Universität Sydney.
„Wenn Sie dort wären, in diesem jungen Universum, würde Ihnen eine Sekunde wie eine Sekunde vorkommen – aber aus unserer Position, mehr als 12 Milliarden Jahre in der Zukunft, scheint sich diese frühe Zeit in die Länge zu ziehen.“
Die Studie wurde am 3. Juli veröffentlicht Naturastronomie.
Professor Geraint Lewis am Sydney Institute for Astronomy an der School of Physics der University of Sydney. Bildnachweis: Die University of Sydney
Professor Lewis und sein Mitarbeiter, Dr. Brendon Brewer von der University of Auckland, nutzten Beobachtungsdaten von fast 200 Quasaren – hyperaktiven supermassiven Schwarzen Löchern in den Zentren früher Galaxien –, um diese Zeitdilatation zu analysieren.
„Dank Einstein wissen wir, dass Zeit und Raum miteinander verflochten sind und dass sich das Universum seit Anbeginn der Zeit in der Singularität des Urknalls ausdehnt“, sagte Professor Lewis.
„Diese Ausdehnung des Weltraums bedeutet, dass unsere Beobachtungen des frühen Universums viel langsamer erscheinen sollten, als die Zeit heute vergeht.
„In dieser Arbeit haben wir festgestellt, dass dies bis etwa eine Milliarde Jahre nach der Zeit zurückreicht[{” 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