Wie sind die ersten Galaxien entstanden?

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4 Antworten

Grundsätzlich gibt es zwei Klassen von Theorien dazu:

Top Down Modelle

(von oben nach unten) postulieren, daß zuerst die großen Strukturen entstanden sind, also zuerst riesige Gaswolken, in denen mit der Zeit immer kleinere Teile zu kleineren dichteren Strukturen kollabiert sind. Bis dann später die ersten Galaxien entstanden, in denen sich dann die ersten Sterne bildeten.

und

Bottom Up Modelle

(von unten nach oben) postulieren, daß sich Sterne zuerst gebildet haben, die sich zu Sternhaufen zusammengeschlossen haben, die sich zu Galaxien zusammengeschlossen haben, die dann immer größere Strukturen bis hin zu den riesigen Super Haufen gebildet haben.

Der Grund, warum man sich darüber (noch) nicht einig ist, liegt darin, daß sowohl die verdichtende Kraft (die Gravitation) als auch die die Expansion bewirkende Kraft (wie Strahlung und thermischer Druck) beide dem 1/r²-Abstandsgesetz gehorchen.

Und seit dem die neuen Erkenntnisse über die Existenz dunkler Materie und später dann sogar der dunklen Energie dazu gekommen sind - ist alles nochmal völlig offen.

Das, was die Astronomen im Moment am Himmel beobachten, läßt die meisten von ihnen das zweite Modell annehmen. Denn man sieht viele Galaxien am Himmel, die gerade dabei sind zu größeren Galaxien zu verschmelzen.

Andererseits wissen wir mittlerweile, daß jede Galaxie ein supermassives schwarzes Loch im Zentrum hat, von denen man annimmt, daß sie bereits vor den ersten sichtbaren Galaxien entstanden sind.

Du siehst also: Alles noch etwas unklar.

Wahrscheinlich ist das auch der Grund dafür, daß du im Internet nicht so richtig fündig geworden bist.

Hallo HungerAufWissen!

Die Entstehung von Himmelskörpern detailliert zu verfolgen, ist eine anspruchsvolle aber lohnende Aufgabe in der Astronomie geworden. Problematisch bei dieser Aufgabe ist die Tatsache, dass die in der Vergangenheit erzeugten Zustände der Natur, in der heutigen Gegenwart immer nur bis auf einen bestimmten Unsicherheitsfaktor analytisch reproduziert werden können. Das was damals war, wird heute nie wieder in exakt den selben Bedingungen wieder stattfinden können. Einmal bleibt also auch einmal.

Über die beiden grundlegendsten Modelle der Kosmologie, die dabei helfen die Strukturentstehung des Kosmos und vor allem die Art dieser Strukturentstehung präzise zu beschreiben, wurden dir bereits vorgestellt. Möglich sind eine Top-Down oder Bottom-Up-Entwicklung, wobei sich aus Beobachtungen in den letzten Jahrzehnten die letzte als zutreffend herausgestellt hat. De Facto ist klar, dass wird mit jedem Blick in den Nachthimmel in die Vergangenheit gucken. Leistungsstarke Teleskope spüren Galaxien in bis zu 13 Milliarden Lichtjahren Entfernung auf, und kennen daher auch die Zustände der Strukturentstehung zu eben diesen Zeitpunkten.

Es ist Astronomen also möglich, die Entwicklungsgeschichte des Universums direkt und unverfehlbar zu beobachten, in dem man bildlich gesprochen bei jeder "Entfernungseinheit" Informationen über die Zustandsgrößen des Kosmos gewinnt. Reiht man nun genug Beobachtungen von zb. Galaxien über einige Mrd. Lichtjahre hintereinander auf, ergibt sich dem Beobachter ein hinreichend genaues und unverfälschtes direktes Abbild kosmischer Strukturbildung.

Es stellt sich heraus, dass im Kosmos zunächst kleine, isolierte Massenkonzentrationen entstanden und sich erst im Laufe der Jahrmilliarden größere Agglomerationen wie zb. Galaxienhaufen bildeten. Dass das so ist, hängt im Wesentlichen damit zusammen, dass viele unterschiedliche Komponenten mit jeweils völlig anderen Wirkungen Einfluss auf die Strukturentwicklung nahmen.

Dabei sind einige dieser Komponenten in kosmologischer Betrachtungsweise noch gar nicht hinreichend genau untersucht worden. Noch immer ist zb. unklar, wie die Dunkle Materie unter sich gravitative Wechselwirkungen austauscht, oder woraus sie besteht. Auch bei der Strahlungsdichte, dem Hubble-Parameter oder dem Dichteparameter der Vakuumenergie gibt es nach wie vor, viele mathematische Ungereimtheiten.

Allen Modellen ist jedoch eines gleich: Sie beanspruchen für ihre Gültigkeit, anfängliche Temperatur- und Dichtefluktuationen, im kosmischen Plasma. Diese Fluktuationen in Temperatur und Dichte sind unter anderen nachweisbar in der kosmischen Hintergrundstrahlung (CMB). Entweder sind sie primärer oder sekundärer Natur. Auch hier muss wieder in 3 weitere Teilkomponenten eingegliedert werden, die das Gesamtbild des CMB erklären. Die jeweils relevanten Effekte sind der Sachs-Wolfe-Effekt, die Silk-Dämpfung und akustische Schwingungen.

Kurze Zusammenfassung: Das Universum wies unmittelbar nach dem Urknall, winzige Temperatur- und Dichtefluktuationen auf. Diese Fluktuationen wuchsen ständig stärker an und legten den Grundbaustein für jede weitere Strukturentstehung. Dabei müssen sich Art und Effizienz der Fluktuationen und die damalige Materieverteilung gut mit der Beobachtung verbinden lassen, dass das Universum einer Bottom-Up-Entwicklung unterlag. Das weitere Geschehen war dann im Wesentlichen vom jeweils gleichen Bild geprägt: Es entstanden immer größere Gebiete in denen ein Dichtekontrast geschaffen wurde, der größer als 1 war.

Der Dichtekontrast ergibt sich dabei aus der Dichte des betrachteten Bereichs, minus der Dichte der Umgebung und geteilt durch die Umgebungsdichte. Es entstanden aus diesen Fluktuationen die ersten, verhältnismäßig eng konzentrierten Massen. Dass es sich dabei um eng konzentrierte Massen handelte, hängt jedoch nicht mehr nur von der Art der anfänglichen Fluktuationen ab, sondern hauptsächlich vom Wesen der dunklen Materie.

Die ersten Galaxien entstanden dabei offenbar analog: Die dunkle Materie war nicht an das intensive Strahlungsfeld des frühen Kosmos gebunden -> Also konnte sie schnell und effizient Gravitationspotenziale formen, in die das leuchtende Gas aus normaler Materie schließlich einfiel und abhängig von der Art des Einfallens, abhängig von der Art des Potenzials und äußeren Einflüssen verschiedene Galaxientypen hervorbrachte, die wir heute noch beobachten können.

Lg Nikolai ;)

Kommentar von Astroknoedel
07.11.2015, 11:46

Hallo pflanzengott, ich hätte mal eine Frage an dich:

Was hältst du von Stephen Hawkings "Entdeckung", dass der Ereignishorizont aufgrund der Vakuumfluktuationen nicht existieren könne?

Meine Meinung : Da seine Ausführung zwei Seiten lang und daher nicht besonders ausführlich war, würde ich es als "nicht ernst zu nehmen" einstufen. Jedoch hat Hawking schon viel Brillantes im Bereich Schwarzer Löcher geleistet (Hawking-Strahlung). Wie ist deine Meinung dazu? Das würde mich mal interessieren.

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(<Fragenhalbrelevant, aber trotzdem): habe mal ein (Text)Spiel für Skype programmiert, indem man aus einigen wenigen Grundelementen (Zeit, Energie, Zufall, ?(=Untersuchen)) versucht langsam zu Sternen oder sogar Lebewesen zu kommen

Quelle dafür war Wikipedia und es fängt auch recht früh an, ist also ein Spiel zum Forschen...

wenn ich also einen Spielinteressenten habe, erweitere ich es gerne auch mal (bisher 300 Rezepte, über 100 Objekte) - ist ein Spiel, das animieren soll, sich weiterzubilden

Würde also Wikipedia oder so nach Angucken der Quellen vertrauen

Wieso fragst du speziell nach den "ersten"?
Es gibt nur Theorien darüber da, nach heutigen Annahmen, der grundlegende Baustein für die Entstehung von Galaxien die sogenannte "Dunkle Energie" ist. (Der Begriff ist dir sicherlich schon über den Weg gelaufen). Ebenso dafür verantwortlich das Sterne zB am Rand der Galaxie genau so schnell um das galaktische Zentrum rotieren wie Sterne welche sich nah dran befinden. Das ist mit uns bekannter Physik nicht zu erklären. Dummerweise weiß man nun nicht was "Dunkle Energie" ist. Daher ist die Frage nach der Entstehung der ersten Galaxien sowie aller anderen sehr schwierig zu beantworten.

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