Expansion des Universums im Laufe der Zeit

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5 Antworten

Überall im Raum entsteht im Laufe der Zeit neuer Raum. Wechselwirkungen in komplexen Gebilden von Atomen bis hin zu galaktischen Haufen wirken jedoch auf verschiedene Weise dieser Expansion entgegen. Da aber ansonsten überall im Raum neuer Raum entsteht, entsteht mehr Raum bei einer vorher größeren Differenz in derselben Zeit als bei einer vorher geringeren Differenz. Nehmen wir einmal an einem stark vereinfachten Beispiel an, dass bei einer Entfernung von 4 Lichtjahren in einem Jahr ein weiteres Lichtjahr hinzukommt. Bei einer Entfernung von 40 Lichtjahren entspräche diese Expansion von 20% pro Jahr immerhin 10 Lichtjahren. Dadurch würden Objekte die zuvor 40 Lichtjahre entfernt waren wesentlich rotverschobener erscheinen, als eines das nur 4 Lichtjahre am Beginn dieses Jahres entfernt war. Dennoch dehnt sich der Raum in 40 Lichtjahren nicht schneller aus als in 4 Lichtjahren, denn prozentual ist es dieselbe Ausdehnung und um die allein geht es.

Es gibt allerdings die Urknalltheorie, zu welcher auch die Annahme gehört, dass es eine Zeit nach dem Urknall gab, wo sich das Universum besonders schnell, sozusagen inflationär ausgedehnt hat, aber diese Zeit liegt, soweit ich mich recht entsinne weit über 12 oder gar 13 Milliarden Jahre zurück, es geschah also verhältnismäßig früh im Universum.

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Hallo eltonnjo!

Man sollte es möglichst vermeiden, die Vorstellungen des Gehirns aus dem Alltag auf die Prozesse zu übertragen, die in der Kosmologie Relevanz finden. Mit anderen Worten: Wir scheitern kläglich, wenn wir versuchen, anhand der Logik und den damit verbundenen Denkweisen die Tiefen des Kosmos zu ergründen!

Es ist richtig, dass der Blick ins All auch immer ein Blick in die Vergangenheit ist. So sehen wir einen 200 Lj entfernten Stern stets so, wie er vor 200 Jahren tatsächlich mal ausgesehen hat. Umgekehrt würde ein hypothetischer Bewohner auf einem Exoplaneten dort, die irdischen Beobachter seines Zentralgestirns mit leistungsstarken Teleskopen, auch erst in 200 Jahren sehen können.

In der Kosmologie, geht es jedoch nicht mehr um einige Hundert oder Tausend Lichtjahre. Dort geht es um Hunderte-Millionen bis hin zu einigen Milliarden Lichtjahren! Angesichts der extrem großen Entfernungen, sind sowohl die Messungsmethoden von denen aus der Astrophysik zu differenzieren, und weiterführend hat man eben von alltäglichen Veranschaulichungen Abschied zu nehmen. Wir wissen heute, dass selbst der allzu gut bekannte Vergleich der Expansion des Kosmos mit einem Luftballon auf den man Farbkleckse tupft und anschließend aufbläst, aus wissenschaftlicher Sicht total unzureichend zu sein scheint.

Für die Entfernungsmessungen auf Distanzen über einige Milliarden Lichtjahre, hofft man auf zufällig einsetzende Supernovae vom Typ Ia. Eine Supernova ist die Explosion eines massereichen Sterns. Es kann auch passieren, dass ein weniger massereicher Stern in einer SN vergeht, wenn man ein Binärsystem in der Hüllenphase, bestehend aus einem Weißen Zwerg und einem Roten Riesen annimmt. Dabei füllt der Rote Riesenstern die Roche-Grenze des Systems aus, was am inneren Lagrange-Punkt, einen Massentransfer bedingt, also einen Materiefluss vom Roten Riesen auf den kompakten Weißen Zwerg.

Die dabei einsetzenden Akkretionsprozesse führen zur Massenansammlung, wobei über die schlagartig von oben einfallende Materie, die überwiegend aus Kohlenstoff bestehende Oberfläche des Zwergs in Form einer nuklearen Kettenreaktion die Fusion startet. Schließlich wird der Zwerg durch seinen Hitzeüberschuss so instabil, dass er in Form einer SN vom Typ Ia zerfetzt wird, und der Begleiter in Form eines High-Velocity-Sterns (Schnellläufer) davon geschleudert wird.

Interessant ist nun, dass vor längerer Zeit die Erkenntnis gewonnen wurde, dass SN vom Typ Ia im Mittel die selbe absolute Helligkeit aufweisen (also die gleiche Helligkeit in 32,6 Lichtjahren Entfernung). Unter dieser Annahme, kann man über das Distanzmodul und der Kenntnis des Helligkeitsverlaufs der Supernova ziemlich sicher auf die Entfernung des Objekts schließen.

Nun kann man sich leicht vorstellen, dass abhängig von der Entfernung eines Objekts systematisch das Universum auf zeitliche Epochen untersucht werden kann, in denen die jeweils zu untersuchenden SN auftraten. Zb. gab es eine SN in einer 11 Milliarde Lichtjahre weit entfernten Galaxie. Rund 8 Milliarden Lichtjahre weit entfernt, gab es erneut eine Ia-Supernova.

Wichtig ist letztendlich, dass man über spektroskopische Verfahren und dem Doppler-Effekt, die exakte Fluchtgeschwindigkeit der SN untersuchen muss. Zusätzlich muss man dann durch die kosmologische Rotverschiebung die Expansionsgeschwindigkeit die durch die Entfernung zustande kommt, von diesem Wert abziehen sprich differenziert betrachten.

Jedenfalls stellte sich bei der Beobachtung von Ia-Supernovae in beliebigen Entfernungen über ein möglichst breites Bandspektrum folgendes über die Expansion des sichtbaren Universums heraus: Die Expanionsrate (Raumgewinn pro Zeit) nahm bis zu 5,7 Milliarden Jahre nach dem Urknall kontinuierlich ab. Dann jedoch, beobachtet man anhand der Rotverschiebungen in den SN einen rasanten Anstieg der Expansion. Das Universum dehnte sich seitdem schneller aus, und das fortan zeitlich exponentiell. Das bedeutet, dass die Ausdehnung selber immer schneller zu werden scheint. Anhand einer grafischen Kurve (X-Achse die Zeit und Y-Achse die Expansionsrate) könnte man sehen: Der Graf fällt nach dem Urknall zunächst langsam ab, und steigt dann plötzlich schnell wieder an. Dieser Anstieg wird sich vermutlich noch mehrere Billionen Jahre fortsetzen. Irgendwan wird dann alles so kalt, leer und alleine sein, dass selbst die Zeit keine Bedeutung mehr hat...

LG Pflanzengott! :)

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Kommentar von pflanzengott
02.09.2014, 23:50

Ach, jetzt hab ich das ganz vergessen zu erwähnen :D SN vom Typ Ia sind ähnlich wie die pulsationsveränderlichen Cepheiden sogenannte Standardkerzen.

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Das ist leider so nicht richtig. Stell dir vor Du bist auf einem Ballon, und auf dem Ballon sind lauter Punkte (die "Sterne"). Jetzt wird der Ballon aufgeblasen. Dabei entfernen sich die Punkte, je weiter sie von dir weg sind, um so schneller.

Zur Veranschaulichung: Wir betrachten mal 2 Punkte auf dem Ballon. Einer ist den zwanzigsten Teil enes Großkreises von dir entfernt, ein anderer den zehnten Teil. .An diesen Verhältnissen ändert sich auch nichts wenn der Ballon aufgeblasen wird. Ein Großkreis hat die Länge von 2 *pi * r., also sind die Entfernungen pi * r / 10 und pi * r / 5. Nun nehmen wir einmal an dass der Ballon auf den doppelten Radius aufgeblasen wird. Der Großkreis ist also nun doppelt so groß. Der Ballon hat jetzt den Radius r1, wobei r1 doppelt so groß iist wie r.

Die Entfernungen sind also nun pi * r / 5 und 2 * pi * r / 5. Beide "Sterne" haben also den Abstand zu dir verdoppelt. Sagen wir es hat 10 Sekunden gedauert um den Ballon auf die doppelte Größe aufzublasen, Dann hat sich der eine Punkt in 10 Sekunden pi * r / 10 Längeneinheiten bewegt, der andeer aber in der gleichen Zeit doppelt so viel. Also hat sich der weiter entfernte schneller von dir weg bewegt.

Ich habe das Ganze um eine Raumdiimension verklleinert um es zu veranschaulichen, aber genauso funktioniert das auch im Weltall.

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Was spricht dagegen?

Allein mit der von Dir beschriebenen Beobachtung der Rotverschiebung läßt sich keine Veränderung der Expansionsgeschwindigkeit erkennen. Dazu beobachten wir das Universum noch nicht lange genug.

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Zeit ist nur ein Hilfskonstrukt des Bewusstseins, um Veränderung zu erklären.

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Kommentar von JTKirk2000
01.09.2014, 15:24

Dann wäre der Raum auch nur ein Hilfskonstrukt um sich Entfernungen und Größen zu erklären. Zeit ist ebenso existent wie Raum - nicht mehr und nicht weniger.

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