Das Universum: In 10 einfachen Schritten vom Urknall bis jetzt

Diese künstlerische Darstellung zeigt Galaxien zu einer Zeit weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall, als das Universum noch teilweise mit Wasserstoffnebel gefüllt war, der ultraviolettes Licht absorbierte.

Diese künstlerische Darstellung zeigt Galaxien zu einer Zeit weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall, als das Universum noch teilweise mit Wasserstoffnebel gefüllt war, der ultraviolettes Licht absorbierte. (Bildnachweis: ESO / M. Kornmesser)



Einführung

Dieser extrem weit entfernte Protocluster repräsentiert eine Gruppe von Galaxien, die sich sehr früh im Universum bildet, etwa nur eine Milliarde Jahre nach dem Urknall.



Subaru/P. Capak (SSC/Caltech)

Die weithin akzeptierte Theorie für den Ursprung und die Entwicklung unseres Universums ist das Urknallmodell, das besagt, dass das Universum vor etwa 13,7 Milliarden Jahren als unglaublich heißer, dichter Punkt begann. Wie hat sich das Universum von Bruchteilen eines Zolls (einige Millimeter) zu dem entwickelt, was es heute ist?

Hier ist eine Aufschlüsselung des Urknalls bis jetzt in 10 leicht verständlichen Schritten.

Es dauerte etwas mehr als sieben Tage, um das Universum, wie wir es heute kennen, zu erschaffen. demokratija.eu befasst sich in unserer achtteiligen Serie mit den Geheimnissen des Himmels: Die Geschichte & Zukunft des Kosmos. Dies ist Teil 3 dieser Serie.



Schritt 1: Wie alles begann

NASA/WMAP

NASA/WMAP

Der Urknall war keine Explosion im Weltraum, wie der Name der Theorie vermuten lässt. Stattdessen war es das Erscheinen des Weltraums überall im Universum, sagten Forscher. Nach der Urknalltheorie wurde das Universum als sehr heißer, sehr dichter einzelner Punkt im Weltraum geboren.

Kosmologen sind sich nicht sicher, was vor diesem Moment passiert ist, aber mit ausgeklügelten Weltraummissionen, bodengestützten Teleskopen und komplizierten Berechnungen haben Wissenschaftler daran gearbeitet, ein klareres Bild des frühen Universums und seiner Entstehung zu zeichnen. [ Ganze Geschichte ]

Ein wichtiger Teil davon stammt aus Beobachtungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, der das Nachleuchten von Licht und Strahlung enthält, die vom Urknall übrig geblieben sind. Dieses Relikt des Urknalls durchdringt das Universum und ist für Mikrowellendetektoren sichtbar, was es Wissenschaftlern ermöglicht, Hinweise auf das frühe Universum zusammenzusetzen.

Im Jahr 2001 startete die NASA die Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP)-Mission, um die Bedingungen im frühen Universum durch Messung der Strahlung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds zu untersuchen. Unter anderem konnte WMAP das Alter des Universums bestimmen – etwa 13,7 Milliarden Jahre alt.



Schritt 2: Der erste Wachstumsschub des Universums

Hubble entdeckt 500 Galaxien im frühen Universum

NASA, ESA und S. Beckwith (STScI) und das HUDF-Team

Als das Universum noch sehr jung war – etwa ein Hundertstel eines Milliardstels einer Billionstelsekunde (Puh!) – erlebte es einen unglaublichen Wachstumsschub. Während dieses Expansionsschubs, der als Inflation bekannt ist, wuchs das Universum exponentiell und verdoppelte sich mindestens 90-mal.

'Das Universum dehnte sich aus, und als es sich ausdehnte, wurde es kühler und weniger dicht', sagte David Spergel, theoretischer Astrophysiker an der Princeton University in Princeton, N.J., gegenüber demokratija.eu. [ Ganze Geschichte ]

Nach der Inflation wuchs das Universum weiter, jedoch langsamer. Als sich der Weltraum ausdehnte, kühlte das Universum ab und es bildete sich Materie.



Schritt 3: Zu heiß um zu glänzen

Astronomen entdecken den ersten Bruchteil einer Sekunde des Universums

NASA/WMAP

Leichte chemische Elemente wurden innerhalb der ersten drei Minuten der Entstehung des Universums geschaffen. Als sich das Universum ausdehnte, kühlten die Temperaturen ab und Protonen und Neutronen kollidierten, um Deuterium, ein Wasserstoffisotop, zu erzeugen. Ein Großteil dieses Deuteriums wurde zu Helium kombiniert.

In den ersten 380.000 Jahren nach dem Urknall machte es die intensive Hitze der Entstehung des Universums jedoch im Wesentlichen zu heiß, um Licht zu leuchten. Atome prallten mit genügend Kraft zusammen, um sich in ein dichtes, undurchsichtiges Plasma aus Protonen, Neutronen und Elektronen aufzulösen, das Licht wie Nebel streute.

Schritt 4: Lass es Licht werden

Neue Himmelskarte könnte helfen, die Entstehung des Universums aufzudecken

ESA/ LFI & HFI Konsortien

Ungefähr 380.000 Jahre nach dem Urknall kühlte die Materie so weit ab, dass sich Elektronen mit Kernen verbinden konnten, um neutrale Atome zu bilden. Diese Phase ist als „Rekombination“ bekannt, und die Absorption freier Elektronen führte dazu, dass das Universum transparent wurde. Das damals freigesetzte Licht ist heute in Form von Strahlung aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund nachweisbar.

Auf die Ära der Rekombination folgte jedoch eine Periode der Dunkelheit, bevor Sterne und andere helle Objekte entstanden. [ Ganze Geschichte ]

Schritt 5: Auftauchen aus dem kosmischen dunklen Zeitalter

Riesengalaxienhaufen im frühen Universum gesehen

ESA XMM-Newton/EPIC, LBT/LBC, AIP (J. Kohnert)

Ungefähr 400 Millionen Jahre nach dem Urknall begann das Universum aus seinem dunklen Zeitalter herauszukommen. Diese Periode in der Evolution des Universums wird das Zeitalter der Reionisation genannt.

Es wurde angenommen, dass diese dynamische Phase mehr als eine halbe Milliarde Jahre gedauert hat, aber basierend auf neuen Beobachtungen glauben Wissenschaftler, dass die Reionisierung schneller stattgefunden hat als bisher angenommen. [ Ganze Geschichte ]

Während dieser Zeit kollabierten Gasklumpen genug, um die allerersten Sterne und Galaxien zu bilden. Das von diesen energetischen Ereignissen emittierte ultraviolette Licht entfernte und zerstörte den größten Teil des umgebenden neutralen Wasserstoffgases. Der Prozess der Re-Ionisierung sowie die Reinigung von nebligen Wasserstoffgas führten dazu, dass das Universum zum ersten Mal für ultraviolettes Licht transparent wurde.

Schritt 6: Mehr Sterne und mehr Galaxien

Diese Aufnahme des Hubble-Weltraumteleskops des Kugelsternhaufens M15 umfasst etwa 120 Lichtjahre. Über 100.000 Sterne bilden dieses Relikt aus den frühen Jahren unserer Galaxie, und der Sternenball umkreist weiterhin die Milchstraße

ESA, Hubble, NASA

Astronomen durchkämmen das Universum auf der Suche nach den am weitesten entfernten und ältesten Galaxien, um die Eigenschaften des frühen Universums zu verstehen. In ähnlicher Weise können Astronomen durch die Untersuchung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds rückwärts arbeiten, um die Ereignisse, die zuvor stattgefunden haben, zusammenzusetzen. [ Ganze Geschichte ]

Daten aus älteren Missionen wie WMAP und dem Cosmic Background Explorer (COBE), die 1989 gestartet wurden, und Missionen, die noch in Betrieb sind, wie das Hubble-Weltraumteleskop, das 1990 gestartet wurde, helfen Wissenschaftlern dabei, die beständigsten Rätsel zu lösen und die Die am meisten diskutierten Fragen in der Kosmologie.

Schritt 7: Geburt unseres Sonnensystems

Die Planeten des Sonnensystems, wie sie von einer NASA-Computerillustration dargestellt werden. Bahnen und Größen sind nicht maßstabsgetreu dargestellt.

NASA

Es wird geschätzt, dass unser Sonnensystem knapp 9 Milliarden Jahre nach dem Urknall geboren wurde, also etwa 4,6 Milliarden Jahre alt ist. Die Sonne ist nach aktuellen Schätzungen einer von mehr als 100 Milliarden Sternen allein in unserer Milchstraße und umkreist rund 25.000 Lichtjahre um den galaktischen Kern.

Viele Wissenschaftler glauben, dass die Sonne und der Rest unseres Sonnensystems aus einer riesigen, rotierenden Gas- und Staubwolke entstanden sind, die als Sonnennebel bekannt ist. Als die Schwerkraft den Nebel zum Zusammenbruch brachte, drehte er sich schneller und wurde zu einer Scheibe abgeflacht. Während dieser Phase wurde das meiste Material in Richtung Zentrum gezogen, um die Sonne zu bilden. [ Sonnensystem-Infografik: Von innen nach außen ]

Schritt 8: Das unsichtbare Zeug im Universum

Kolossale kosmische Kollision enthüllt mysteriöse dunkle Materie

Röntgen: NASA/CXC/CfA/M.Markevitch et al.; Optisch: NASA/STScI; Magellan/U. Arizona/D. Clowe et al.; Objektivkarte: NASA/STScI; ESO-WFI; Magellan/U. Arizona/D. Clowe et al.

In den 1960er und 1970er Jahren begannen Astronomen zu denken, dass es im Universum mehr Masse geben könnte, als sichtbar ist. Vera Rubin, Astronomin an der Carnegie Institution of Washington, beobachtete die Geschwindigkeiten von Sternen an verschiedenen Orten in Galaxien.

Die grundlegende Newtonsche Physik impliziert, dass Sterne am Rand einer Galaxie langsamer umkreisen würden als Sterne im Zentrum, aber Rubin fand keinen Unterschied in den Geschwindigkeiten weiter entfernter Sterne. Tatsächlich fand sie heraus, dass alle Sterne in einer Galaxie das Zentrum mit mehr oder weniger gleicher Geschwindigkeit zu umkreisen scheinen. [ Ganze Geschichte ]

Diese mysteriöse und unsichtbare Masse wurde als dunkle Materie bekannt. Dunkle Materie wird aufgrund der Anziehungskraft, die sie auf reguläre Materie ausübt, abgeleitet. Eine Hypothese besagt, dass das mysteriöse Zeug von exotischen Teilchen gebildet werden könnte, die nicht mit Licht oder normaler Materie interagieren, weshalb es so schwer zu entdecken war.

Es wird angenommen, dass die Dunkle Materie 23 Prozent des Universums ausmacht. Im Vergleich dazu bestehen nur 4 Prozent des Universums aus regulärer Materie, die Sterne, Planeten und Menschen umfasst.

Schritt 9: Das expandierende und sich beschleunigende Universum

Molliger Galaxienhaufen deutet darauf hin, dass dunkle Energie vor langer Zeit stärker war

NASA, ESA, D. Coe (NASA Jet Propulsion Laboratory/California Institute of Technology und Space Telescope Science Institute), N. Benitez (Institut für Astrophysik von Andalusien, Spanien), T. Broadhurst (Universität des Baskenlandes, Spanien) , und H. Ford

In den 1920er Jahren machte der Astronom Edwin Hubble eine revolutionäre Entdeckung über das Universum. Mit einem neu konstruierten Teleskop am Mount-Wilson-Observatorium in Los Angeles beobachtete Hubble, dass das Universum nicht statisch ist, sondern sich ausdehnt.

Jahrzehnte später, 1998, untersuchte das nach dem berühmten Astronomen Hubble benannte Weltraumteleskop weit entfernte Supernovae und stellte fest, dass sich das Universum vor langer Zeit langsamer ausdehnte als heute. Diese Entdeckung war überraschend, da man lange dachte, dass die Schwerkraft der Materie im Universum ihre Ausdehnung verlangsamen oder sogar zusammenziehen würde. [ Ganze Geschichte ]

Dunkle Energie gilt als die seltsame Kraft, die den Kosmos mit immer höherer Geschwindigkeit auseinanderzieht, aber sie bleibt unentdeckt und geheimnisvoll. Die Existenz dieser schwer fassbaren Energie, von der angenommen wird, dass sie 73 Prozent des Universums ausmacht, ist eines der am heißesten diskutierten Themen in der Kosmologie.

Schritt 10: Wir müssen noch mehr wissen

Beschleunigung des Universums und Dunkle Energie könnten Illusionen sein

NASA

Obwohl viel über die Entstehung und Entwicklung des Universums entdeckt wurde, gibt es bleibende Fragen, die unbeantwortet bleiben. Dunkle Materie und dunkle Energie bleiben zwei der größten Mysterien, aber Kosmologen erforschen weiterhin das Universum in der Hoffnung, besser zu verstehen, wie alles begann.

Es dauerte etwas mehr als sieben Tage, um das Universum, wie wir es heute kennen, zu erschaffen. demokratija.eu befasst sich in unserer achtteiligen Serie mit den Geheimnissen des Himmels: Die Geschichte & Zukunft des Kosmos. Dies ist Teil 3 dieser Serie.