Wie schnell ist die Expansion des Universums?

2 Antworten

dazu beschäftigt man sich mit der...

Hubblekonstante

Unter der Annahme einer linearen Ausdehnung des Universums ist der Skalenfaktor a(t) =D(t)/D0 einer beliebigen Distanz D und der Distanz D0 zum Zeitpunkt t0 im Universum linear abhängig von der Zeit t: 

a = da/dt*t  (1) mit einer Ausdehnungsgeschwindigkeit

da/dt = H*a (2)

Der Faktor H ist die Hubblekonstante (die besser Hubbleparameter heißen sollte, weil sie nicht konstant ist - in der Tat folgt aus einer linearen Ausdehnung konstante Ausdehnungsgeschwindigkeit da/dt und damit H = 1/t mit 2 in 1 eingesetzt), hat beim Urknall eine Polstelle und nimmt seitdem ab, wird aber nie null. 

Kosmologischer Horizont

Objekte in der Entfernung r entfernen sich mit der Geschwindigkeit v(r) = H*r von uns. Man kann nun mit der Lichtgeschwindigkeit c einen Radius rH = c/H definieren, der Hubbleradius genannt wird. Für r = rH ist die Geschwindigkeit v(rH) = c, d.h. theoretisch entfernen sich Objekte in dieser Entfernung mit Lichtgeschwindigkeit von uns (die Spezielle Relativitätstheorie gilt nur lokal und wird dadurch nicht verletzt), und man könnte meinen, dass man dann diese Objekte nie mehr sehen kann, weil ihr Licht nicht gegen die Expansionsgeschwindigkeit ankommt, aber:

1. Licht direkt hinter rH kann es, einmal ausgesandt, mit der Zeit innerhalb von rH schaffen und uns letztlich doch erreichen - die korrekte Rechnung beinhaltet eine Integration der Bewegung mitbewegter Koordinaten und des Lichtsignals von t0 bis unendlich und führt hier zu weit - außerdem...

2. ist die o.g. Annahme der linearen Ausdehnung falsch. Die Ausdehnung unterliegt bremsenden und beschleunigenden Einflüssen (zB die Massendichte einschl. dunkler Materie vs. dunkle Energie), deren Stärke nicht zeitlich konstant war oder sein wird. In Abhängigkeit von diesen Einflüssen kann der Kosmologische Horizont sich bei vorwiegender Bremsung weiter ausdehnen und mehr Objekte sichtbar machen, oder  bei vorwiegender Beschleunigung schrumpfen und mehr Objekte verbergen.

Aus diesen beiden Gründen liegt der Kosmologische Horizont nicht beim Hubbleradius, sondern nach aktuellem Stand etwas dahinter (etwa 16 Mrd LJ statt 13,4 Mrd LJ). Mit weiterer Ausdehnung des Universums und sinkender Massendichte könnte die Beschleunigung gewinnen - dann würde der Hubbleparameter auf einen konstanten Wert sinken: die Lösung für die Differentialgleichung da/dt = const*a ist dann eine exponentielle Ausdehnung, die den Kosmologischen Horizont schließlich bis auf gravitativ direkt gebundene Strukturen schrumpfen ließe, und die Reste der Vereinigung aus Milchstraße und NGC224 wären allein in der Dunkelheit.

Etwa 70km/s pro Megaparsec.

Das bedeutet, dass je weiter ein Objekt von der Erde entfernt ist, desto schneller entfernt sich das Objekt durch die Ausdehnung von der Erde weg.

Dadurch gibt es auch Bereiche des Universums, die sich schneller als das Licht von uns entfernen.

Woher ich das weiß:Hobby – Astronomie und Raumfahrt als Hobby

heisenberg7626 
Fragesteller
 14.05.2024, 08:36

wie konnte man sowas herausfinden?

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PixelManuel  14.05.2024, 08:43
@heisenberg7626

Das kann man durch die Rotverschiebung des Lichts herausfinden.

Man kennt die Spektrallinien einzelner Elemente in Sternen, die überall gleich sind. Diese haben erkennbare Linien im Lichtspektrum in jeweils festen Wellenlängen.

Bewegt sich ein Stern von uns weg, dann verschieben sich diese Spektrallinien in Richtung des roten Bereiches.

Wenn man nun die Spektrallinien entfernter Sterne misst, stellt man fest, dass je weiter die Sterne entfernt sind, desto weiter sind die Spektrallinien in Richtung Rot verschoben sind.

Das bedeutet, dass sich die Sterne schneller von uns entfernen, je weiter sie entfernt sind. Und das unabhängig von der Richtung, in die man blickt.

Deswegen muss man auch auf Infrarot-Teleskope verwenden, um ganz weit entferne Sterne bzw. Galaxien beobachten zu können, da sich deren Licht in den nicht mehr sichtbaren Infrarotbereich verschoben hat.

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PixelManuel  14.05.2024, 08:55
@heisenberg7626

Absolut!

Und deswegen gibt es auch Galaxien, die wir niemals sehen können.

Das Licht bewegt sich zwar in unsere Rictung, doch der Raum dazwischen dehnt sich so schnell aus, dass dieses Licht niemals bei uns ankommt.

Wir leben also in einer kugelförmigen Blase im Universum, über die wir nicht hinaus sehen können. Das ist der beobachtbare Teil des Universums. Dieses hat einen Radius von 46 Milliarden Lichtjahren.

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heisenberg7626 
Fragesteller
 14.05.2024, 09:11
@PixelManuel

Selbst wenn wir alle Materialien für das erkunden des Universums hätten, könnten wir trotzdem nicht alles erkunden da wie du sagtest das Licht uns nicht erreichen würde. Also mir fehlen die worte. Das geht wahrlich über unseren Menschen verstand.

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