Mit welcher Geschwindigkeit in km/s dehnt sich der Raum aus vom Universum?
3 Antworten
dazu versteht man am besten zunächst die 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. Der gängige Wert liegt bei 70 km/s/Mpc (dh jede Länge vergrößert sich pro Sekunde um 2,33 *10^-18).
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.
Partikelhorizont.
Wo aber sind die fernsten Objekte, die wir jetzt schon sehen, wirklich? Als ihr Licht ausgesandt wurde, dh kurz nachdem das Universum transparent wurde, waren sie nur einige Mio LJ entfernt. Während ihr Licht im Raum zu uns unterwegs war, bewegte sich dieser Raum aber mit der Expansionsgeschwindigkeit von uns weg und verlängerte die Reisezeit des Lichtes (und seine Wellenlänge), bis das Licht schließlich hier ankam; inzwischen haben sich die damals aussendenden Objekte bis zum sog. Partikelhorizont entfernt (ca 46 Mrd LJ), also weit hinter dem Kosmologischen Horizont.
verstehe ich nicht. Wie viele Lichtquellen? Wo sind sie? Wo ist der Beobachter? Und was hat das mit der Expansion zu tun (gravitativ gebundene Regionen von wenigen Mio LJ expandieren nicht mit)?
Da Licht nicht unendlich schnell reist, ist das Licht bei der Platte in 150km Entfernung natürlich signifikant schneller da als bei der 10 Millionen km entfernten Platte.
Das Universum expandiert in jedem Punkt. Daher ist die Ausdehnungsgeschwindigkeit Entfernungsabhängig.
Die Hubblekonstante gibt die Ausdehnungsgeachwindigkeit zB pro Parsec Entfernung ab.
Die Geschwindigkeit, mit der sich der Raum im Universum ausdehnt, hängt von der Entfernung zwischen zwei Punkten ab und wird durch die Hubble-Konstante beschrieben. Diese Konstante liegt aktuell bei etwa 67 bis 74 km/s pro Megaparsec. Ein Megaparsec entspricht ungefähr 3,26 Millionen Lichtjahren. Das bedeutet, dass für jede Megaparsec Entfernung die Ausdehnungsgeschwindigkeit um etwa 67 bis 74 km/s zunimmt.
Für größere Distanzen ist die Ausdehnungsgeschwindigkeit also viel höher, da der Raum sich proportional zur Entfernung ausdehnt. Bei extrem großen Entfernungen übersteigt die Geschwindigkeit sogar die Lichtgeschwindigkeit .
Wenn wir 2 Platten in unterschiedlicher Entfernung beleuchten zb 10 000 000 km von der Lichtquelle und 150 km von der Lichtquelle und man beobachtet die Platten, ist es nicht so, wenn beide Lichtquellen gleichzeitig angeschaltet werden, bei beiden Platten auch gleichzeitig das Licht sehen könnte, obwohl es theoretisch Unterschiede geben müsse? 🤔