Beobachtbares Universum?

7 Antworten

Vom Fragesteller als hilfreich ausgezeichnet

Hi!

mich würde interessieren, ob man schon Galaxien dabei beobachtet hat,
wie sie quasi vom sichtbaren Universum ins unbeobachtbare
entschschwunden sind?

Nein, hat man nicht, und geht auch nicht.

Oder ist es unmöglich, das von hier mitzukriegen?

Es ist vielmehr unmöglich, dass sie je hinter den Horizont verschwinden.

Stichwort 3 fache Lichtgeschwindigkeit..

Das
ist großer Käse, der leider immer wieder zu Missverständnissen führt.
Die Expansionrate ist eben keine Geschwindigkeit, sondern, wie der Name
schon sagt, eine Rate. Folglich ist es falsch zu sagen, dass der Raum
mit dreifacher Lichtgeschwindigkeit expandiert, denn dies würde (per
Definition) bedeuten, dass sich da etwas bewegt. Tut es aber nicht.

Da
es sich um eine Zuwachsrate handelt, muss es etwas geben, dass da
wächst - und dies ist die Metrik des Raumes. Beschrieben wird der
Zuwachs mit dem so genannten Hubble-Parameter (fälschlich auch
Hubble-Konstante genannt), und sein Wert beträgt ca. 67 km pro Sekunde
und Mpc (Megaparsec).

Anders ausgedrückt, entsteht auf einer
Strecke von einem Mpc (ca 3,26 Mio Lichtjahre) in einer Sekunde also 67
km neuer Raum. Die Strecke ist also gewissermaßen durch ihre bloße
Anwesenheit länger geworden, bzw. genauer ausgedrückt, die Metrik hat
sich vergrößert.

Setzt man nun den Wert von 67 km/s/Mpc für
den Radius des sichtbaren Universums ein, kommt man auf einen Wert von
etwas über 900 000 km/s. Und hier kommt dann die Verwirrung ins Spiel,
denn dieser Wert darf nicht für sich betrachtet werden, sondern bezieht
sich auf die ~14300 Mpc von hier bis zum Partikelhorizont.

Und
nun einen Bogen zurück zur Ausgangsfrage. Hast du erst einmal
verstanden, wie das mit der Expansion funktioniert, sollte es auch
verständlich werden, warum Galaxien niemals hinter den Partikelhorizont
verschwinden können (jedenfalls nicht im eigentlichen Sinne).

Angenommen
du hast zwei Objekte, zwischen denen sich eine gewisse Distanz
befindet. Das Licht wird eine gewisse Zeit vom einen zum anderen Objekt
benötigen. Gleichzeitig dehnt sich der Raum zwischen den Objekten aus.
Das Licht muss folglich nicht nur die ursprüngliche Distanz zurücklegen,
sondern auch die neu hinzugekommene überwinden.

Das hat zur
Folge, dass, je weiter die Objekte ursprünglich entfernt waren, desto
mehr Weg muss das Licht zurücklegen, denn es kommt kumulativ mehr
expandierender Raum hinzu. Dies wiederum führt dazu, dass die
Lichtlaufzeit immer größer wird.

Die Konsequenz von all dem
ist, dass der Beobachtungshorizont immer größer wird. Tatsächlich rücken
ständig neue Galaxien in unser Blickfeld, deren Licht uns bisher nicht
erreichte. Oder verständlicher ausgedrückt: Das Licht der Galaxie die
für uns heute am Partikelhorizont sichtbar ist, war gestern noch zu uns
unterwegs und konnte deswegen nicht wahrgenommen werden. Derselbe
Prozess wird so fortfahren, sodass mit fortlaufender Zeit das sichtbare
Universum immer größer wird und immer mehr Galaxien enthält.

Nun
hast du offenbar schon gehört, dass alle Galaxien von uns wegstreben
und möglicherweise auch, dass das Universum immer leerer wird. Das ist
ein offensichtlicher Widerspruch zu dem, was ich zuvor geschrieben habe.
Wie kann das sein?

Angenommen, dass Licht eines fernen
Objekts hat uns bereits erreicht, was sehen wir dann? Genau, der Raum
zwischen dem Objekt und uns dehnt sich immer noch aus. Während also der
Partikelhorizont immer größer wird, vergrößern sich ebenfalls die
Abstände innerhalb, dass sichtbare Universum wird immer leerer.

Von einem Beobachter innerhalb seines
sichtbaren Universums scheinen alle anderen Objekte auf jenen
Beobachtungshorizont zuzustreben. Und während sie dass tun, wird ihr
Licht durch die Expansion immer rotverschobener. Der Horizont selbst
wird wie schon gesagt immer größer und das Licht der neu hinzugekommenen
Galaxien selbst ist ebenfalls schon extrem rotverschoben.

Das
liegt daran, das das sichtbare Universum nur der Teilbereich des
gesamten Universums für einen bestimmten Beobachter ist. Was wir hier
auf der Erde sehen ist also, wie die bereits sichtbaren Galaxien am
Beobachtungshorizont immer rotverschobener werden, während mit jedem
Tag, an dem uns Licht neuer Galaxien erreicht, das Licht ebendieser auch
immer rotverschobener ist als das der Galaxien am Tag zuvor.

Der
Extremfall ist ein Tag in ferner Zukunft, an dem das Licht am
Partikelhorizont so rotverschoben ist, dass wir es nicht mehr sehen
können. Ein Beobachter zu jener Zeit würde eine Galaxie im Zentrum
seines sichtbaren Universums sehen die er selbst bewohnt, während
drumherum eine schwarze Leere ist. Die Galaxien, die in seiner
Vergangenheit noch sichtbar wären, sind prinzipiell immer noch da - er
kann sie nur nicht mehr sehen, weil ihr Licht bis ins unkenntliche
rotverschoben ist.

Auch sein Partikelhorizont würde immer
größer werden und immer mehr Galaxien würden sein "sichtbares" Universum
bevölkern, er selbst würde das aber nicht bemerken, da ihr Licht ebenso
unerkennbar geworden wäre wie das der anderen Galaxien.

Falls
du dir nun die Frage stellst, ob wir vielleicht schon Galaxien gesehen
haben, deren Licht so rotverschoben wurde, dass sie unsichtbar wurden,
so lautet die Antwort trotzdem nein. Momentan liegt der Partikelhorizont
noch so nah, dass wir bis in die Zeit der Rekombination zurückschauen
können, ca. 380 000 Jahre nach dem Urknall. Und diese Strahlung sehen
wir sogar noch als Mikrowellenstrahlung - also weit entfernt von
"undetektierbar".

Das war's. Ich hoffe, es war aufschlussreich.

LG, NA

Hallo NutzlosAlpha,
Vielen Dank für diese tolle, detaillierte Antwort, tatsächlich habe ich gewisse Zusammenhänge jetzt verstanden, was mir nochmal ein anderes Bild gibt, tausend dank!!! Sobald ich herausgefunden habe, wie man den Stern für die hilfreichste Antwort vergibt, wird es mir eine Freude, ihn  an dich weiter zugeben.

2
@darksoul218

Gern geschehen! Und sorry für die zerschossene Editierung. Ich hätte wohl nach dem kopieren nochmal drüberlesen sollen. Die Vergabe des Sterns ist soweit ich weiß erst 24 nach Abschicken der Frage möglich, also irgendwann heute Nacht.

0

Alles klar, und nochmals danke!!

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Die Aussage

Die Galaxien, die in seiner Vergangenheit noch sichtbar wären, sind prinzipiell immer noch da - er kann sie nur nicht mehr sehen, weil ihr Licht bis ins unkenntliche rotverschoben ist

kann nur richtig sein, solange die Rate, mit der sich der Abstand zwischen uns und den Galaxien auf unserem Beobachtungshorizont vergrößert, kleiner als Lichtgeschwindigkeit ist (d.h. kleiner als 300000 km/sec).

Nachdem nun aber oben gesagt wird, dass diese Rate bei derzeit 900000 km/sec liegt, muss die Zahl der Galaxien innerhalb unseres Beobachtungshorizonts bereits jetzt ständig abnehmen, d.h. es gibt Galaxien, die derzeit schon über unseren Beobachtungshorizont hinauswandern. 

Licht, das sie abstrahlen, nachdem sie ihn überschritten haben, wird uns nie mehr erreichen - auch nicht extrem rotverschoben. 

Dies ist natürlich nur richtig unter der Annahme, dass sich die Raumexpansionsrate nie so weit verkleinert, dass sie irgendwann unter 300000 km/sec liegt. 

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@grtgrt

Hier sollte man zunächst zwischen den verschiedenen Begriffen unterscheiden, Beobachtung- bzw. Partikelhorizont, Hubble-Sphäre bzw. Hubble-Radius und dem Ereignishorizont. Am Besten liest man sich dazu den (recht knappen) Wikipediaartikel durch, das geht einfacher, als wenn ich es hier seitenlang erkläre.

Nachdem nun aber oben gesagt wird, dass diese Rate bei derzeit 900000
km/sec liegt, muss die Zahl der Galaxien innerhalb unseres
Beobachtungshorizonts bereits jetzt ständig abnehmen, d.h. es gibt Galaxien, die derzeit schon über unseren Beobachtungshorizont hinauswandern.

Nein, kurzgesagt, du verwechselst hier den Partikelhorizont mit dem Ereignishorizont. Die Objekte, die wir heute am Partikelhorizont sehen, haben ihr Licht zu einer Zeit abgestrahlt, als die Distanz zwischen ihnen und uns so gering war, dass das Licht den Raum schneller durchschreitete, als der Raum expandierte.

Oder anders gesagt, damals lag die Expansionrate zwischen ihnen und uns noch unter ~300 000 km/s. Da aber in der Zwischenzeit der Raum weiter expandierte, sehen wir heute, wie sich die Objekte scheinbar mit Überlichtgeschwindigkeit von uns wegbewegen. Wir sehen nämlich die Expansion des Raumes von damals plus die Expansion des neu hinzugekommennen Raumes.

Licht, das sie abstrahlen, nachdem sie ihn überschritten haben, wird uns nie mehr erreichen - auch nicht extrem rotverschoben.

Und hier sprichst du vom Ereignishorizont. Das Licht jener Galaxien, die heute jenseits dessen liegen wird uns in der Tat niemals erreichen. Jedoch sind, wie schon gesagt, Ereignishorizont und Partikelhorizont nicht dasselbe. Dass Licht, welches von Objekten am Partikelhorizont abgestrahlt wird, wird uns niemals erreichen denn wie du richtig festgestellt hast, dehnt sich der Raum zwischen ihnen und uns schneller aus, als das Licht ihn durchschreiten kann.

Das trifft übrigens auf alle Objekte zwischen Partikelhorizont und Ereignishorizont zu, weil der die Expansionrate größer als c ist. Jedoch erreicht uns von diesen Objekten immer noch das Licht, aus der Vergangenheit, denn das Universum war ja kleiner.

Was du als Beobachter hier auf der Erde siehst ist also, wie die Galaxien jenseits des Ereignishorizontes sich scheinbar schneller als das Licht von uns wegbewegen und ihr Licht immer rotverschobener wird, bis es irgendwann nicht mehr detektierbar ist.

Außerdem siehst du, wie die Galaxien der Ereignishorizont (aber nicht den Partikelhorizont) überschreiten, dass ist der Punkt, an dem sie sich mit scheinbarer ÜLG von uns wegbewegen. Von ihnen wird uns dann nurnoch das Licht erreichen, dass sie abstrahlten, bevor sie den Ereignishorizont überschritten.

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Mich stört die Stelle"Der

Extremfall ist ein Tag in ferner Zukunft, an dem das Licht am 

Partikelhorizont so rotverschoben ist, dass wir es nicht mehr sehen 

können." Die Galaxien strahlen doch nicht nur im sichtbaren Bereich. Vor dem UV-Licht gibt es sich noch kürzere Wellenlängen, die dann in den sichtbaren Bereich kommen.

Danke für den Bericht !!

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@HeinzBr

Hallo Heinz,

Die Galaxien strahlen doch nicht nur im sichtbaren Bereich. Vor dem UV-Licht gibt es sich noch kürzere Wellenlängen, die dann in den sichtbaren Bereich kommen.

Wenn ich von "Licht" spreche, meine ich in diesem Kontext jedwede Art elektromagnetischer Strahlung, nicht nur sichtbares Licht. In ferner Zukunft wird jede Strahlung, d.h. auch UV-, Röntgen- und Gammastrahlung so weit rotverschoben sein, dass sie undetektierbar ist und dementsprechend nicht mehr gemessen werden kann.

Was das UV-Licht im speziellen angeht, so ist das sichtbare Licht, dass wir heute von den fernsten Galaxien sehen, von diesen vor langer Zeit als UV.Licht ausgesendet worden. Ebenso erreicht uns das von ihnen ausgesandte sichtbare Licht als Infrarotlicht. Der Fall, den du für die ferne Zukunft annimmst, ist also bereits eingetreten.

Schöne Grüße.

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Hallo darksoul218,

nein, meines Wissens hat man da bislang keine Beobachtungen. Wir beobachten die weitest entfernten Galaxien noch nicht lange genug. Erst mit dem Hubble-Telekop gelang es das Hubble Deep Field und später das Hubble Ultra Deep Field aufzunehmen.

https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Hubble_Ultra_Deep_Field_diagram.jpg

Und es wären genau diese am weitesten von uns entfernten Galaxien, die man als erste nicht mehr von uns aus sehen könnte.

Aber auch hier müssen wir nicht Jahre oder Jahrzehnte warten, bis sie aus dem beobachtbaren Universum rutschen, sondern wie bei fast allen astronomischen Vorgängen um Zeitspannen, die ein Mensch sich nicht vorstellen kann. Wir sprechen eher von Billionen Jahren, also erheblich länger als das Universum heute alt ist.

Es würde dann aber eher so aussehen, dass das Licht dieser Galaxien immer weiter rotverschoben werden würde und diese dadurch allmählich verblassen.

Grüße

Vielen Dank, jetzt macht einiges mehr Sinn.

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Oder ist es unmöglich, das von hier mitzukriegen?

Ja - ist es.

Wir beobachten den Himmel ernshaft erst seit etwa 100 Jahren.

Von einer Galaxie - in einer Entfernung von mehreren 10 Mrd Lichtjahren von uns entfernt - sehen wir auf diese große Distanz gerade mal ein oder zwei Photönchen pro Sekunde.

Die außerdem noch dermaßen gewaltig ins Rote verschoben sind, daß wir froh sein können, wenn überhaupt noch etwas Energie davon hier ankommt.

Mit dem besten Teleskop muss man selbst bei größter Auflösung schon mehrere Tage lang auf dieselbe Stelle draufhalten, um überhaupt ein paar Pixel auf die CCD Sensoren zu kriegen.

https://de.wikipedia.org/wiki/Hubble_Deep_Field

Was schätzte denn, wie viele Milliarden Jahre es dauern würde, bis man an diesem Zustand ein merkliche Veränderung (zB mehr oder weniger Lichtquanten pro Sekunde) wahrnehmen würde?

So ne 100.000 Lichtjahren große Galaxie braucht schon eine Weile, um sich selbst über den "was auch immer" Beobachtungshorizont zu hieven...

...egal ob rein oder raus. ;-)

Dankeschön für deine Antwort, und dafür, mich auf einige Denkfehler aufmerksam gemacht zu haben.

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Danke fürs Durchlesen!

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Ich halte demnächst ein Referat in Physik über die Ausdehnung des Kosmos und die Rotverschiebung und da es dazu so viele unterschiedliche Quellen gibt (die entweder zu ungenau oder zu ausführlich sind) bin ich mir jetzt nicht sicher ob meine Informationen korrekt sind. ^^

Zuerst hat sich Universum infolge Urknalls sehr schnell ausgedehnt (=Inflation), ab dunklem Zeitalter war Expansion dann aber viel langsamer als zuvor.

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Aus Luftballonmodell kann man erkennen, dass je weiter eine Galaxie von uns entfernt ist, umso schneller bewegt sie sich von uns fort (=Hubble Gesetz: Geschw prop zu Entfernung, v=Hr(=Hubble Konstante, ca 74km/s /1Mpc)).

Erkennen konnte man Exp durch Rotverschiebung (=Verschiebung der Spektrallinien zu rotem Ende des Spektrums) des Lichts, das weit entfernte Galaxien ausgesandt haben. Gegenstück ist Blauverschiebung, die eher seltener ist. Die RV setzt sich allgemein aus drei Ursachen zusammen: Gravitative RV, Doppler RV, kosmologische RV. Allerdings ist Ursache der RV bei weiten Distanzen hauptsächlich kosmologische RV, weswegen die anderen beiden vernachlässigt werden können.

Ursache der kosmologischen RV ist also Ausdehnung des Kosmos, da sich Wellenlängen des Lichtes während sie auf dem Weg zu uns sind durch die Exp ebenfalls auseinandergeschoben werden (und die Energie der Photonen kleiner wird) und weiter auseinandergeschobene Wellenlängen für uns rötlicher wahrgenommen werden. ->je größer RV ist, umso größer Entfernung der Lichtquelle und umso länger das Objekt bereits im Kosmos vorhanden. Dadurch kann man feststellen in welchem Maß sich das Universum bereits ausgedehnt hat, da z(=RV)=(beobachtete Wellenlänge - unverschobene Wellenlänge)/unverschobene Wellenlänge.

RV wird auch häufig als Entfernungsangabe verwendet, da Entfernung zu undeutlich ist (man kann damit Entfernung der Lichtquelle zum Aussendungszeitspunkt oder zum jetzigen Stand meinen), heutiges Universum hat bspw z=0.

Vor ca 20 Jahren hat man entdeckt, dass das Universum sich (seit ca der Hälfte des Weltalter) beschleunigt ausdehnt. Als Ursache wird hierbei dunkle Energie vermutet.

Entdeckungsgeschichte: Anfang des 20. Jahrhunderts dachte man (zB Einstein), dass Universum statisch ist. Doch dann konnten Wissenschaftler (Slipher, Friedmann, Lemaitre und Hubble) aufgrund Entfernung von Galaxien und RV die Expansion des Universums nachweisen.

Vor ca 20 Jahren haben zwei Teams herausgefunden, dass Universum beschleunigt expandiert, als sie Supernovae Typ1a beobachtet haben, um Expansionsgeschw besser bestimmen zu können. Da Spektrallinien stärker rotverschoben waren als erwartet, kamen sie zum Schluss, dass Kosmos sich beschl ausdehnt und als Ursache wird dunkle Energie genommen.

Würde mich sehr über Feedback freuen. :)

LG Luna

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