Das Universum dehnt sich aus – aber wie schnell? Auf diese Frage gibt es bisher widersprüchliche Antworten. Ein kosmischer Glücksfall könnte jedoch dazu beitragen, diese Widersprüche zu klären. Denn Astronomen haben einen besonderen Messhelfer entdeckt: eine der seltenen superleuchtstarken Supernovae, die die direkt hinter einer Gravitationslinse steht. Zwei Vordergrundgalaxien verstärken und verzerren dabei durch ihre Masse das Licht der rund zehn Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie. Anhand der dabei entstehenden Mehrfachbilder und ihrer Merkmale können Astronomen die Expansionsgeschwindigkeit des Kosmos messen. Damit verfügen sie über eine von bisherigen Verfahren unabhängige Methode, um diesen strittigen Wert genauer zu bestimmen.
Dass sich das Universum ausdehnt, ist seit fast hundert Jahren bekannt. Das Tempo dieser Expansion und der genaue Wert der Hubble-Konstante H0, die dieses Verhalten beschreibt, sind jedoch strittig. Denn je nach gewählter Messmethode ergeben die Messungen abweichende Werte. Der erste Messansatz beruht auf der komischen Hintergrundstrahlung, einem Relikt der Strahlung, die rund 380.000 Jahre nach dem Urknall erstmals frei wurde. Dieser schwache Mikrowellenhintergrund ist überall im Kosmos präsent. Er enthält Merkmale, aus denen man auf Basis theoretischer Modelle der kosmischen Entwicklung die Expansionsgeschwindigkeit ableiten kann. Diese auf dem kosmologischen Standardmodell beruhenden Messungen kommen für die Hubble-Konstante auf Werte von rund 67 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec. Der zweite Ansatz nutzt die Entfernungen und Rotverschiebung von kosmischen Objekten wie Supernovae, veränderlichen Sternen oder Roten Riesen, um diesen Wert zu bestimmen. Diese Messungen ergaben Hubble-Konstanten von im Mittel 73 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec – und damit einen deutlich höheren Wert.
Das Large Binocular Telescope in Arizona lieferte genauere Aufnahmen und Daten zu den als Gravitationslinse wirkenden Vordergrundgalaxien. © Christoph Saulder / Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Unabhängige Messmethode gesucht
Der Grund für diese sogenannte Hubble-Spannung ist bisher unbekannt, ebenso, welcher Wert der korrekte ist. Im Extremfall könnte dies jedoch bedeuten, dass das kosmologische Standardmodell falsch ist und damit auch die Grundannahmen zu Struktur und Entwicklung des Universums. Entsprechend wichtig wäre es, eine Messmethode zu finden, die unabhängig von den beiden existierenden Ansätzen funktioniert. Einen Ansatz dafür könnten Supernovae bieten, die in direkter Linie hinter einem massereichen Vordergrundobjekt stehen. Dieses Vordergrundobjekt wirkt dann wie eine Gravitationslinse, die die Raumzeit krümmt. Dadurch wird das Licht der fernen Supernova auf spezielle Weise gebeugt, die Strahlen legen unterschiedlich lange Wege zum Beobachter zurück. Als Folge erscheint das Abbild der Supernova verzerrt und in mehreren, ein winziges bisschen zeitversetzten Kopien. Aus den Zeitverzögerungen zwischen den einzelnen Bildern können Astronomen dann die Expansionsrate des Universums bestimmen. „Im Gegensatz zur kosmischen Entfernungsleiter ist dies eine Messung in einem Schritt mit weniger und völlig anderen Quellen systematischer Unsicherheiten“, erklärt Erstautor Stefan Taubenberger von der Technischen Universität München.
Das Problem jedoch: Solche kosmischen Glücksfälle sind extrem selten. Bisher sind weniger als zehn solcher stark gelinsten Supernovae bekannt. Deshalb haben die Astronomen nun noch einmal gezielt Durchmusterungsdaten nach solchen Ereignissen durchsucht. „Wir haben sechs Jahre damit verbracht, eine Liste vielversprechender Gravitationslinsen zusammenzustellen und dort nach einem solchen Ereignis zu suchen“, sagt Taubenbergers Kollegin Sherry Suyu. Im August 2025 wurde der Aufwand belohnt – die Astronomen wurden fündig. Die Zwicky Transient Facility (ZTF) in Kalifornien detektierte am 27. August 2025 das helle Aufleuchten einer Supernova. Diese SN 2025wny getaufte Sternexplosion ereignete sich in rund zehn Milliarden Lichtjahren Entfernung und gehörte zur Klasse der superleuchtkräftigen Supernovae. Diese setzen besonders viel Strahlung frei, sind aber selten. Die Aufnahmen zeigten zudem, dass das Abbild dieser Supernova gleich fünfmal erscheint, weil sie hinter einer Gravitationslinse steht.
„Chance von eins zu einer Million“
Damit ist diese Entdeckung ein echter Glückstreffer der Astronomie: „Die Wahrscheinlichkeit, eine superleuchtkräftige Supernova zu finden, die sich genau hinter einer Gravitationslinse befindet, liegt unter eins zu einer Million“, erläutert Suyu. „Es ist ein extrem seltenes Ereignis, das für unser Verständnis des Kosmos eine Schlüsselrolle spielen könnte.“ Die Astronomen gaben dieser gelinsten Supernova den Spitznamen SN Winny – in Anlehnung an ihre offizielle Bezeichnung SN 2025wny. Nähere Analysen der Aufnahmen enthüllten, dass SN Winny noch in einer zweiten Hinsicht besonders ist: „Wenn wir bisher Supernovae durch Gravitationslinsen gesehen haben, waren die Linsen zumeist massive Galaxienhaufen, deren Massenverteilungen komplex und schwer zu modellieren sind“, erklärt Co-Autor Allan Schweinfurth von der TU München. Doch als das Team die gelinsten Abbilder der SN Winny mithilfe des Large Binocular Telescope in Arizona genauer untersuchte, zeigte sich etwas anderes: Zu sehen sind fünf bläuliche Abbilder der Supernova sowie zwei weitere helle Lichtflecke im Zentrum des Ensembles.
Die Astronomen schließen daraus, dass die Gravitationslinse in diesem Fall nur aus zwei einzelnen Vordergrundgalaxien besteht. „Wir finden insgesamt sehr glatte und regelmäßige Licht- und Massenverteilungen, was darauf hindeutet, dass diese Galaxien trotz ihrer scheinbaren Nähe zueinander bislang nicht miteinander kollidiert sind“, berichtet Schweinfurth. Damit bietet SN Winny die Chance, die verzerrenden Massen und Massenverteilung weit präziser zu kartieren und zu messen als bei komplexeren Gravitationslinsen der Fall. „Diese relative Einfachheit des Systems bietet eine hervorragende Gelegenheit, die Expansionsrate des Universums besonders präzise zu messen“, so Schweinfurth weiter. Die seltene Kombination von superleuchtkräftiger Supernova und einfacher, aus gut auflösbaren Vordergrundgalaxien bestehender Gravitationslinse hat das Potenzial, einen von bisherigen Verfahren unabhängigen und dennoch präzisen Wert für die Hubble-Konstante zu ermitteln. „Mit der Entdeckung dieser ersten gelinsten und für die Kosmografie geeigneten Supernova treten wir in eine neue und aufregende Ära ein“, schreiben die Astronomen. Wenn noch ein paar mehr solcher Ereignisse gefunden werden, könnte dies schon reichen, um die Expansionsrate des Kosmos mit weniger als einem Prozent Messunsicherheit zu bestimmen.
Quelle: Stefan Taubenberger (Technische Universität München) et al., Astronomy & Astrophysics accepted, Preprint doi: 10.48550/arXiv.2510.21694