Die falsche Art von Cepheiden
Zuerst schlug Hubble mit der Hilfe von Cepheiden als Standardkerzen 900000 Lichtjahre für die Entfernung zur Andromedagalaxie vor – ein Wert, den er später ein wenig nach unten korrigierte. Sollte Baade recht haben, waren diese 900000 Lichtjahre viel zu kurz. So beschäftigte er sich mit Hubbles ursprünglicher Vermutung und fand dort einen entscheidenden Messfehler, der aufgrund des damals nicht vorhandenen Wissens unbemerkt geblieben war.
Das ganze Konzept, die Cepheiden als Standardkerzen zu benutzen, beruht auf der fehleranfälligen Vermutung, alle veränderlichen Cepheiden ähnelten sich, sodass man aus der Frequenz ihres Pulsierens auf ihre Helligkeit schließen könne. Seit den 1920er Jahren hatten die Astronomen jedoch ein besseres Verständnis der Naturgeschichte von Sternen gewonnen. Sterne bilden sich aus der Verschmelzung von Gas und Staub. Während der Sternenkörper immer größer wird, nimmt auch die Gravitationsanziehung zu, die die Materie zusammendrückt. Sterne bestehen aus den Trümmern, die sich in der Gegend befinden, in der sich der Stern bildet.
Im frühen Universum gab es kaum etwas anderes als Wasserstoff und Helium (sowie viel kleinere Mengen Lithium und Beryllium) – Elemente, die vermutlich aus dem Urknall und dem ihm folgenden Feuerball stammten. Also hatten die ältesten Sterne nicht viel mehr als das zu bieten. Jüngere Sterne wie unsere Sonne entstanden erst, nachdem die schwereren Elemente in der ersten Sternengeneration geschmiedet und nach den Explosionen von Supernovae im ganzen Universum verbreitet worden waren. Deshalb gibt es in diesen jüngeren Sternen, zu denen auch die Sonne gehört, erheblich mehr schwerere Elemente. Solche Sterne scheinen heller und gehören zur Kategorie Population I, während die älteren Sterne mit viel weniger schweren Elementen zur Population II zählen.
Obwohl stufenweise Abweichungen auftreten, gibt es zwischen ähnlichen Sternen der Population I und II eindeutige Helligkeitsdifferenzen, was auf veränderliche Cepheiden genauso zutrifft wie auf jeden anderen Stern. Der von Baade entdeckte Fehler Hubbles bestand in dessen Vermutung, die veränderlichen Cepheiden, die er in der Andromedagalaxie gesehen hatte, seien die gleichen wie die lichtschwächeren, älteren veränderlichen Sterne der Population II, die anfangs benutzt worden waren, um die zuerst in der Milchstraße aufgespürten Standardkerzen zu eichen. In Wirklichkeit waren es aber Population-I-Sterne, die erheblich heller waren, als es Hubbles Mutmaßungen entsprach. Diese Helligkeit erleichterte es Hubble zwar, die Sterne auszumachen, ließ ihn jedoch falsche Schlüsse über die damit verbundenen Entfernungen ziehen.
Sobald sich die Astronomen über die Unterschiede zwischen Sternen der Populationen I und II klar geworden waren, war es relativ einfach, die Abweichungen aus der spektroskopischen Analyse abzuleiten. Deshalb fing Baade jetzt an, die veränderlichen Cepheiden zu überprüfen, und sie fielen auch entsprechend eindeutig in zwei Klassen, von denen die eine rund viermal so hell war wie die andere.
Die Helligkeit des Lichts gehorcht dem sogenannten Gesetz des umgekehrten Quadrats. Sie lässt mit dem Quadrat der Entfernung des Beobachters von der Quelle nach. Warum das so ist, lässt sich leicht erklären. Aus dem Geometrieunterricht erinnern Sie sich vielleicht, dass man die Oberfläche einer Kugel durch die Formel 4πr2 erhält. Sie hängt also vom Quadrat des Kugelradius an. So erhöht sich die Fläche um einen Stern, die dadurch definiert ist, wie viel Licht aus ihm hervorgeht, um das Quadrat des Radius, was der Entfernung von der Quelle entspricht. Ist ein Stern viermal heller, als man anfangs glaubte, ist er doppelt so weit entfernt, wie man zunächst vermutete.
Mit dieser neuen Erkenntnis schien die Andromedagalaxie doppelt so weit entfernt zu sein, nämlich 1,8 Millionen Lichtjahre. Und das war jetzt der neue Maßstab, mit dem andere galaktische Messungen vorgenommen wurden. Deshalb wuchs das ganze Universum plötzlich um den Faktor Zwei. Da die meisten Astronomen Eddingtons kosmische Abstoßung ignorierten – schließlich war es ja ein wirklich groteskes Konzept –, konnte das Universum jetzt immerhin 3,6 Milliarden Jahre alt sein. Das ließ die Erde im Vergleich zum Universum zwar immer noch recht alt aussehen, aber zumindest war jetzt die Peinlichkeit vom Tisch, dass das Kind älter war als die Mutter.