Unser expandierendes Universum: Alter, Geschichte & andere Fakten

Weltraumbasierte Bildgebung ermöglichte eine visuelle Erforschung des Weltraums wie nie zuvor, wie explodierende Sterne, kollidierende Galaxien, Schwarze Löcher und mehr in zahlreichen Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums über der Erdatmosphäre sichtbar wurden.

(Bildnachweis: SRON)



Das Universum wurde mit dem Urknall als unvorstellbar heißer, dichter Punkt geboren. Als das Universum nur 10 . war-3.4einer Sekunde oder so alt – das heißt, ein Hundertstel eines Milliardstels einer Billionstel einer Billionstel Sekunde im Alter – erlebte es einen unglaublichen Expansionsschub, der als Inflation bekannt ist, bei dem sich der Raum selbst schneller als Lichtgeschwindigkeit ausdehnte. Während dieser Zeit verdoppelte sich die Größe des Universums mindestens 90-mal, von subatomarer Größe auf Golfballgröße fast augenblicklich.



Die Arbeit zum Verständnis des expandierenden Universums stammt aus einer Kombination aus theoretischer Physik und direkten Beobachtungen durch Astronomen. In einigen Fällen waren Astronomen jedoch nicht in der Lage, direkte Beweise zu sehen – wie im Fall von Gravitationswellen, die mit dem kosmischen Mikrowellenhintergrund verbunden sind, der Reststrahlung des Urknalls. Eine vorläufige Ankündigung, diese Wellen im Jahr 2014 zu finden, wurde schnell zurückgezogen, nachdem Astronomen herausgefunden hatten, dass das detektierte Signal durch Staub in der Milchstraße erklärt werden könnte.

Nach Angaben der NASA ging das Wachstum des Universums nach der Inflation weiter, aber langsamer . Als sich der Weltraum ausdehnte, kühlte das Universum ab und es bildete sich Materie. Eine Sekunde nach dem Urknall war das Universum mit Neutronen, Protonen, Elektronen, Antielektronen, Photonen und Neutrinos gefüllt.



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Während der ersten drei Minuten des Universums wurden die leichten Elemente während eines Prozesses geboren, der als Urknall-Nukleosynthese bekannt ist. Temperaturen von 100 Nonillionen (10 .) gekühlt32) Kelvin bis 1 Milliarde (109) Kelvin und Protonen und Neutronen kollidierten zu Deuterium, einem Isotop von Wasserstoff . Der größte Teil des Deuteriums kombiniert, um zu machen Helium und Spuren von Lithium wurden ebenfalls generiert.

Laut dem französischen Nationalen Zentrum für Weltraumforschung (Centre National d'Etudes Spatiales oder CNES) war das Universum in den ersten 380.000 Jahren im Wesentlichen zu heiß, um Licht zu scheinen. Die Hitze der Schöpfung zerschmetterte Atome mit ausreichender Kraft, um sie in ein dichtes Plasma, ein undurchsichtiges, aufzubrechen Suppe aus Protonen, Neutronen und Elektronen dieses zerstreute Licht wie Nebel.



Ungefähr 380.000 Jahre nach dem Urknall kühlte sich die Materie so weit ab, dass sich während der Rekombination Atome bilden konnten, was zu a transparentes, elektrisch neutrales Gas , laut NASA. Dies löste den anfänglichen Lichtblitz, der während des Urknalls erzeugt wurde und heute als nachweisbar ist kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung . Ab diesem Zeitpunkt wurde das Universum jedoch in Dunkelheit getaucht, da sich noch keine Sterne oder andere helle Objekte gebildet hatten.

Etwa 400 Millionen Jahre nach dem Urknall begann das Universum aus dem kosmisches dunkles Zeitalter in der Epoche der Reionisation. Während dieser Zeit, die mehr als eine halbe Milliarde Jahre dauerte, kollabierten Gasklumpen genug, um die ersten Sterne und Galaxien zu bilden, deren energiereiches ultraviolettes Licht den Großteil des neutralen Wasserstoffs ionisierte und zerstörte.

Obwohl die Ausdehnung des Universums langsam verlangsamt wie die Materie im Universum durch die Schwerkraft an sich gezogen wurde, etwa 5 oder 6 Milliarden Jahre nach dem Urknall Nach Angaben der NASA begann eine mysteriöse Kraft, die jetzt dunkle Energie genannt wird, die Expansion des Universums wieder zu beschleunigen, ein Phänomen, das bis heute anhält.



Etwas 9 Milliarden Jahre nach dem Urknall wurde unser Sonnensystem geboren.

Der Urknall

Der Urknall ereignete sich nicht als Explosion, wie man es sich bei solchen Dingen vorstellt, obwohl der Name es vermuten lässt. Das Universum hat sich nicht in den Weltraum ausgedehnt, da Raum gab es vor dem Universum nicht , laut NASA Stattdessen ist es besser, sich den Urknall als das gleichzeitige Erscheinen von Raum überall im Universum . Das Universum hat sich seit dem Urknall nicht von einem Punkt aus ausgedehnt – vielmehr hat sich der Weltraum selbst ausgedehnt und Materie mit sich getragen.

Da das Universum per Definition den gesamten Raum und die Zeit umfasst, wie wir sie kennen, sagt die NASA, dass dies der Fall ist jenseits des Urknallmodells um zu sagen, in was sich das Universum ausdehnt oder was zum Urknall führte. Obwohl es Modelle gibt, die über diese Fragen spekulieren, hat noch keines davon realistisch überprüfbare Vorhersagen gemacht.

Im Jahr 2014 gaben Wissenschaftler des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics bekannt, dass sie im kosmischen Mikrowellenhintergrund ein schwaches Signal gefunden haben, das der erste direkte Beweis für Gravitationswellen sein könnte, die selbst als „rauchende Waffe“ für den Urknall gelten. Die Ergebnisse wurden heiß diskutiert und Astronomen zogen ihre Ergebnisse bald zurück, als sie erkannten, dass Staub in der Milchstraße ihre Ergebnisse erklären könnte. mysteriöse Wellen

Der Kugelsternhaufen NGC 6397 enthält etwa 400.000 Sterne und befindet sich etwa 7.200 Lichtjahre entfernt im südlichen Sternbild Ara. Mit einem geschätzten Alter von 13,5 Milliarden Jahren gehört es wahrscheinlich zu den ersten Objekten der Galaxie, die sich nach dem Urknall bildeten.

Der Kugelsternhaufen NGC 6397 enthält etwa 400.000 Sterne und befindet sich etwa 7.200 Lichtjahre entfernt im südlichen Sternbild Ara. Mit einem geschätzten Alter von 13,5 Milliarden Jahren gehört es wahrscheinlich zu den ersten Objekten der Galaxie, die sich nach dem Urknall bildeten.(Bildnachweis: Europäische Südsternwarte)

Alter

Das Universum wird derzeit auf etwa 13,8 Milliarden Jahre geschätzt, also 130 Millionen Jahre. Zum Vergleich: Das Sonnensystem ist erst etwa 4,6 Milliarden Jahre alt.

Diese Schätzung stammt aus der Messung der Zusammensetzung der Materie und der Energiedichte im Universum. Dadurch konnten Forscher berechnen, wie schnell sich das Universum in der Vergangenheit ausgedehnt hat. Mit diesem Wissen könnten sie die Uhr zurückdrehen und extrapolieren, als der Urknall passierte . Die Zeit zwischen damals und heute ist das Alter des Universums.

Struktur

Wissenschaftler glauben, dass es in den frühesten Momenten des Universums keine nennenswerte Struktur gab, in der Materie und Energie fast gleichmäßig verteilt waren. Laut NASA ist die Anziehungskraft kleiner Schwankungen in der Dichte der Materie entstand damals die riesige netzartige Struktur von Sternen und Leere, die man heute sieht. Dichte Regionen zogen durch die Schwerkraft immer mehr Materie an, und je massereicher sie wurden, desto mehr Materie konnten sie durch die Schwerkraft anziehen und Sterne bilden. Galaxien und größere Strukturen bekannt als Cluster, Supercluster, Filamente und Wände , mit 'großen Mauern' von Tausenden von Galaxien, die sich erreichen mehr als eine Milliarde Lichtjahre in der Länge. Weniger dichte Regionen wuchsen nicht und entwickelten sich zu einem scheinbar leeren Raum, der als Leere bezeichnet wird.

Inhalt

Bis vor etwa 30 Jahren dachten Astronomen, das Universum sei zusammengesetzt fast ausschließlich aus gewöhnlichen Atomen , oder 'baryonische Materie', laut NASA. In letzter Zeit gibt es jedoch immer mehr Beweise dafür, dass die meisten Bestandteile des Universums in Formen vorkommen, die wir nicht sehen können.

Es stellt sich heraus, dass Atome nur 4,6 Prozent des Universums ausmachen. Der Rest besteht zu 23 Prozent aus Dunkler Materie, die wahrscheinlich aus einer oder mehreren Arten subatomarer Teilchen besteht, die sehr schwach mit gewöhnlicher Materie wechselwirken, und 72 Prozent aus Dunkler Energie, die offenbar die beschleunigte Expansion von . antreibt das Universum.

Bei den uns bekannten Atomen macht Wasserstoff aus etwa 75 Prozent , während Helium etwa 25 Prozent ausmacht, wobei schwerere Elemente laut NASA nur einen winzigen Bruchteil der Atome des Universums ausmachen.

Form

Die Form des Universums und ob es endlich oder unendlich ist, hängt vom Kampf zwischen seiner Expansionsrate und der Anziehungskraft der Schwerkraft ab. Die Stärke des fraglichen Sogs hängt teilweise von der Dichte der Materie im Universum ab.

Wenn die Dichte des Universums einen bestimmten kritischen Wert überschreitet, ist das Universum ' abgeschlossen ' und 'positiv gekrümmt' wie eine Kugeloberfläche. Dies bedeutet, dass anfänglich parallele Lichtstrahlen langsam konvergieren, sich schließlich kreuzen und zu ihrem Ausgangspunkt zurückkehren, wenn das Universum lange genug dauert. Wenn ja, laut NASA, Das Universum ist nicht unendlich, aber es hat kein Ende , ebenso wie die Fläche auf einer Kugeloberfläche nicht unendlich ist, aber keinen nennenswerten Anfang und kein Ende hat. Das Universum wird schließlich aufhören, sich auszudehnen und in sich selbst zu kollabieren, der sogenannte „Big Crunch“.

Wenn die Dichte des Universums kleiner als diese kritische Dichte ist, dann ist die Geometrie des Raumes ' offen “ und „negativ gekrümmt“ wie die Oberfläche eines Sattels. Wenn ja, hat das Universum keine Grenzen und wird es für immer erweitern .

Wenn die Dichte des Universums genau der kritischen Dichte entspricht, dann ist die Geometrie des Universums ' eben “ mit null Krümmung wie ein Blatt Papier, so die NASA. Wenn dies der Fall ist, hat das Universum keine Grenzen und wird sich für immer ausdehnen, aber die Expansionsrate wird allmählich nach unendlich langer Zeit gegen Null gehen . Jüngste Messungen deuten darauf hin, dass das Universum flach ist und nur eine Fehlerquote von 2 Prozent aufweist.

Es ist möglich, dass das Universum insgesamt eine kompliziertere Form hat, während es eine andere Krümmung zu besitzen scheint. Zum Beispiel könnte das Universum die Form eines Torus oder Donuts .

Expandierendes Universum

In den 1920er Jahren, Astronom Edwin Hubble entdeckte die Universum war nicht statisch . Vielmehr expandierte es; ein Fund, der enthüllte, dass das Universum offenbar in einem Urknall geboren wurde.

Danach dachte man lange, die Schwerkraft der Materie im Universum sei sicher die Expansion des Universums verlangsamen . Dann, 1998, die Hubble-Weltraumteleskop 's Beobachtungen sehr weit entfernter Supernovae zeigten, dass sich das Universum vor langer Zeit langsamer ausdehnte als heute. Mit anderen Worten, die Expansion des Universums verlangsamte sich nicht aufgrund der Schwerkraft, sondern beschleunigte sich unerklärlicherweise. Der Name für die unbekannte Kraft, die diese beschleunigte Expansion antreibt, ist dunkle Energie und bleibt eines der größten Mysterien der Wissenschaft.

Zusätzliche Berichterstattung von Nola Taylor Redd und Elizabeth Howell, demokratija.eu-Mitwirkenden.