Wenn wir mit blossem Auge in den Nachthimmel schauen, sehen wir ganz viele Sterne. Zwischen den Sternen sehen wir einfach schwarz. Im Jahre 1995 wurde ein solches kleines schwarzes Stück Himmel (ohne Sterne) mit dem Hubble-Teleskop beobachtet. Das Teleskop war extra lange auf das gleiche Stück Himmel gerichtet, so dass selbst die schwächsten Lichtquellen irgendwann genug Licht zum Sensor geschickt hatten, dass sie als Galaxien und Sternhaufen erkennbar wurden. Das nachfolgende Bild des sog. Hubble-Deep-Fields zeigt die Aufnahme, die damals gemacht wurde.

Hubble-Diagramm (Deep-Field)
Galaxien in einem Ausschnitt aus dem Hubble-Deep-Field Image by NASA, licensed under CC BY 4.0

Selbst ein Stück schwarzer Nachthimmel ist in Wirklichkeit voll von Galaxien und Sternhaufen, also Millionen von Millionen von sehr weit entfernten Sternen! Das Bild alleine ist eigentlich schon eine Sensation. Die Analyse der Rotverschiebung des Lichts zeigt aber noch etwas Verrückteres!

Die Geschwindigkeiten der Galaxien sind alle von uns weggerichtet, d.h. alle entfernen sich von uns weg. Zudem bewegen sie sich umso schneller von uns weg, je weiter sie schon von uns entfernt sind. Nahe Objekte bewegen sich noch “langsam” von uns weg. Weit entfernte Objekte, wie diejenigen im Hubble-Deep-Field, bewegen sich schneller weg.

Trägt man die Geschwindigkeit in Abhängigkeit der Entfernung auf, erhalten wir offenbar eine lineare Abhängigkeit, wie im folgenden Diagramm dargestellt ist.

Hubble-Diagramm
Hubble-Diagramm: Je weiter die Galaxien von uns entfernt sind, desto schneller bewegen sie sich von uns weg. Der Zusammenhang erscheint linear. Für die Steigung wir die Hubble-Konstante $H_0$ gesetzt. Image by Ivan Ramirez, licensed under CC BY-SA 4.0

Lemaître und Hubble fanden 1929 diesen Zusammenhang zwischen der Entfernung und der Geschwindigkeit. Was bedeutet das?

Wir können uns das Weltraum wie ein sehr grosses Gummiband vorstellen. Wenn das Gummiband von allen Seiten gestreckt wird, bewegen sich Punkte auf dem Gummiband alle von einander weg. Benachbarte Punkte gehen nur wenig auseinander. Je weiter weg zwei Punkte voneinander entfernt sind, desto mehr bewegen sie sich auseinander.

Es entstand daraus die heutzutage akzeptierte Theorie der beschleunigten Ausdehnung des Universums. Der ganze Raum (eigentlich sogar die Raumzeit) dehnt sich aus.

Wenn sich das ganze Universum ausdehnt, nehmen auch die Wellenlängen zu und wir beobachten eine Rotverschiebung.