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Blick in die Vergangenheit / Urknall
 
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Dummhausen



Anmeldungsdatum: 25.12.2021
Beiträge: 3

Beitrag Dummhausen Verfasst am: 25. Dez 2021 18:14    Titel: Blick in die Vergangenheit / Urknall Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hi,

das Webb-Teleskop ist ja gerade gestartet und - wie heißt es so schön - wir erhalten demnächst Licht von >13Mrd Lichtjahren entfernten Objekten, also quasi von Ereignissen "kurz nach dem Urknall".

Das hieße aber ja, daß sich diese Objekte schon kurz nach dem Urknall mit fast Lichtgeschwindigkeit "von uns" entfernt haben müssen, damit deren 13Mrd Jahre altes Licht jetzt erst zur Erde kommt? Wie paßt das mit einem immer schneller expandierendem Kosmos zusammen - mehr als c geht ja nicht...und wieso sehen wir in 13Mrd LJ Entfernung Objekte in Form von Galaxien (Aufnahmen des Hubble-Teleskops), die zu ihrer Entstehung ja auch das ein oder andere Milliarden Jährchen benötigen - also schon "etwas entfernt" vom Urknall?







Meine Ideen:
Ich vermute mal, meine Vorstellung von einem "irgendwie lokalen" Urknall ist falsch...?

Grüße
Karl
masterpie



Anmeldungsdatum: 13.11.2019
Beiträge: 410

Beitrag masterpie Verfasst am: 25. Dez 2021 20:21    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo, das sind keine einfach zu verstehenden Fragen und deren Antworten erst recht nicht. Ich kann Dir auch nur einen kleinen Teil beantworten. Andere haben mehr Wissen und werden weiteres dazu sagen können.

Richtig, der Urknall war kein lokales Ereignis im Sinne von, da hinten hats geknallt und irgendwann bekommen wir das hier mit. Geknallt hat ohnehin nichts. Es war ein Ereignis, wo auf allerkleinstem Raum eine unvorstellbare Energiemenge in extrem kurzer Zeit "explodiert" ist. Also im gesamten Raum gleichzeitig und der gesamte Raum hat sich danach ausgedehnt. Mit der Zeit zunächst immer langsamer. Vor ca. 7 Milliarden Jahren hat der Raum dann wieder in den Beschleunigungsmodus geschaltet und tut das bis heute. Welche Energie dies tut, also wie diese aussieht, hat noch keiner heraus gefunden. So hat sie erst mal die Bezeichnung dunkle Energie bekommen.

Es hat gut 380000 Jahre gedauert, bis sich die "Ursuppe" soweit gelichtet hat, dass Licht austreten konnte. Zuvor war die Energie lange Zeit zu groß, damit sich überhaupt erste Atome bilden konnten. In diesen Zeitraum von 380000 Jahren kann bis heute keiner hineinschauen. Große Hoffnungen ruhen auf Gravitationswellen. Diese könnten uns einmal die Daten aus dieser Zeit liefern. Auch das JWST wird die Situation nicht groß verbessern können. Es mißt wie Huble elektromagnetische Wellen (Licht) - nur im langwellligeren Bereich hin (Infrarot).

Da das Licht bei seiner Reise durch das Universum ebenfalls der Ausdehnung des Raumes unterliegt, werden die elektromagnetischen Wellen immer länger und seine "Farbe" verschiebt sich in den roten Bereich. Je weiter weg die Energiequelle zum Zeitpunkt ihrer Entstehung war, umso weiter wird das Licht in den infraroten Bereich verschoben sein. Diese Größe wird mit dem z-Wert angegeben. Heute am weitesten entfernte Energiequellen sind um die 13,2 Mrd. Lichtjahre entfernt. Der Urknall fand vor 13,85 Mrd Jahren statt.

Damals befand sich die Raumregion, wo wir uns heute im All befinden, etwa 5,4 Mrd. Lichtjahre von dem Punkt entfernt, wo die heute entferntestesten Energiequellen entstanden. Doch bis das Licht dieser Energiequellen uns erreichen konnte, vergingen 13,2 Mrd Jahre und in dieser Zeit hat sich das
Universum auf die heutige Größe ausgedehnt.

Es waren aber zwischen 13,2Mrd und 13.85 Mrd einige hundert Millionen Jahre Zeit, wo sich erste Sterne und Galaxien bilden konnten. Mit JWST wird man noch weiter als 13,2 Mrd Lj zurückschauen können. Wahrscheinlich bis an die Punkt, wo Licht austreten konnte. Das könnte bis 13,5 Mrd. Jahren liegen. Dann wird die Frage, wie sich im ganz frühen Universum Sterne und Galaxien bilden konnten, besser beantworten lassen.

Der heutige erfolgreiche, so lange erwartete Start des JWST war für viele so etwas wie ein Weihnachtsgeschenk. Nun dürfen wir gespannt sein, welche neuen Erkenntnisse die Daten ab dem kommenden Sommer bringen werden.

Schöne Weihnachten, Masterpie

_________________
Wir denken zu viel und fühlen zu wenig. (Charlie Chaplin)


Zuletzt bearbeitet von masterpie am 26. Dez 2021 11:21, insgesamt einmal bearbeitet
Dummhausen



Anmeldungsdatum: 25.12.2021
Beiträge: 3

Beitrag Dummhausen Verfasst am: 26. Dez 2021 09:43    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo Masterpie,

Deine für mich entscheidende Aussage ist
"...Damals befand sich die Raumregion, wo wir uns heute im All befinden, etwa 5,4 Mrd. Lichtjahre von dem Punkt entfernt, wo die heute entferntesten Energiequellen entstanden. Doch bis das Licht dieser Energiequellen uns erreichen konnte, vergingen 13,2 Mrd Jahre und in dieser Zeit hat sich das
Universum auf die heutige Größe ausgedehnt....".
Wenn ich das richtig verstehe: "Kurz" nach dem Urknall hatte das Universum also schon eine Ausdehnung von 5,4 Mrd LJ - meinetwegen :-), aber wieso brauchte das Licht dann zu uns 13,2Mrd LJ? Hängt das mit der Ausdehnung zusammen? Also grob gesagt: Durch die Ausdehnung mußte uns das Licht erstmal einholen, und das dauerte halt solange...?

Grüße
Karl
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18231

Beitrag TomS Verfasst am: 26. Dez 2021 10:21    Titel: Re: Blick in die Vergangenheit / Urknall Antworten mit Zitat

Dummhausen hat Folgendes geschrieben:
Wie paßt das mit einem immer schneller expandierendem Kosmos zusammen - mehr als c geht ja nicht ...

Doch das geht.

Ich habe das hier anhand einer krabbelnden Ameise auf einem expandierenden Gummiband vorgerechnet. Die Geschwindigkeit der Ameise (entspräche im Universum der Lichtgeschwindigkeit) hat mit der Expansionsrate (besserer Begriff als Expansionsgeschwindigkeit) nichts zu tun.

_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
masterpie



Anmeldungsdatum: 13.11.2019
Beiträge: 410

Beitrag masterpie Verfasst am: 26. Dez 2021 11:12    Titel: Antworten mit Zitat

Dummhausen hat Folgendes geschrieben:
Wenn ich das richtig verstehe: "Kurz" nach dem Urknall hatte das Universum also schon eine Ausdehnung von 5,4 Mrd LJ - meinetwegen :-), aber wieso brauchte das Licht dann zu uns 13,2Mrd LJ? Hängt das mit der Ausdehnung zusammen? Also grob gesagt: Durch die Ausdehnung mußte uns das Licht erstmal einholen, und das dauerte halt solange...?

Grüße
Karl


Hallo Karl,

man kann nur messen, was man "sieht". Wenn deine Messgeräte keine elektromagnetische Strahlung (EMS) empfangen - gleich welche Wellenlänge - dann ist nichts messbares vorhanden und es gibt keine Daten. Andere Signalquellen wie z.B. Gravitationswellen lassen wir mal noch unberücksichtigt.

Also kurz nach dem Urknall gibt es nichts zu messen. Die ersten 380.000 Jahre war es ein dunkles Universum. Wie schon gesagt es gab nichts, was einen Feuerschein wie bei einer Explosion zeigt. Die schönen Videos im TV haben da einen Showeffekt, der erst später einsetzt - wenn überhaupt.

So beginnen wir unsere Größenbetrachtungen also ca. 380000 Jahre nach dem "Urknall". Die Photonen einer zu diesem Zeitpunkt erfolgten Lichtemission (oder auch das EMS) brauchten 13,665 Milliarden Jahre bis sie unsere Messgeräte (Detektoren, Teleskope) erreichten. Das wäre z=1090. Das All hatte zu diesem Zeitpunkt eine Temperatur von rund 3000 Kelvin.

Die damalige Emissionsentfernung (Lichtquelle zu Messgerät) betrug ca. 40 Millionen Lichtjahre (Lj). Heute ist der Abstand auf 45,6 Mrd. Lj angewachsen. Das liegt an der enormen Ausdehnung des Alls seit dieser Zeit. Zum Emissionszeitpunkt erfolgte die Ausdehnung mit 57-facher Lichtgeschwindigkeit. Diese ist (für diesen Raumpunkt) auf den heutigen Wert von 3,3-facher Lichtgeschwindigkeit abgesunken.
Somit wäre das All für uns ca. 90 Milliarden Lj im Durchmesser (tatsächlich noch 3 Mrd Lj mehr, aber da gehe ich jetzt nicht drauf ein) groß.

Dir ist aufgefallen bzw. bekannt, dass kosmische Entfernungen in Lichtjahren (Lj) und nicht in Metern oder Km angegeben werden. Das Rechnen mit sehr großen Zahlen ist halt etwas umständlch. Für die 40 Mill. Lj und 45,6 Mrd Lj will ich es dennoch ausführen, da wir die Größe des damaligen und heutigen Alls in Kilometern wissen wollen.

Nach https://de.wikipedia.org/wiki/Lichtjahr entspricht ein Lichtjahr einer Länge von 9.460.730.472.580.800 m, rund 9,5 Billionen km . Das mit 40 Millionen multipliziert ergibt einen Radius des Alls zum damaligen Zeitpunkt von rund 380 Trillionen km. Heute wären das 433 Trilliarden km.

Ergo, es war damals schon genügend Raum für Sterne und Galaxien vorhanden - nur die Sterne noch nicht. Könnten wir die Prozesse vor dem 380.000 Jahre Punkt beobachten, würden wir sehen, das der Raum mit noch größerer Geschwindigkeit bis zum "Nullpunkt" in den 380.000 Jahren zusammenfällt und dabei Druck und Temperatur auf nahezu unendlich große Werte ansteigen.

Sind sicher etwas verwirrend diese Zahlen. Ich wollte es etwas einfacher angehen und habe eine Lichtemission zu einem späteren Zeitpunkt angenommen. Diesen Wert würde ich auf 5,7 Mrd. Lj für die damalige Emissionsentfernung leicht erhöhen. Dann wäre dieser E-Punkt heute 13,8 Mrd. Km entfernt. Das Licht hätte bis heute 9,1 Mrd Jahre gebraucht (damals 4,6 Mrd. Jahre wegen der geringeren Ausdehnung des Alls). Das wäre z=1,41 und die Fluchtgeschwindigkeit betrug damals 0,88-fache Lichtgeschwindigkeit und wäre heute bei Lichtgeschwindigkeit angekommen. Also gerade noch für uns meßbar. Alles zu einem früheren Zeitpunkt kann kein Teleskop, auch das JWST nicht, sehen.

Mehr Daten und vor allen Erklärungen dazu findest Du im Buch "Kleines 1x1 der Relativitätstheorie" von Beyvers und Krusch. Bei diesen Themen sollte man auf die Falle "Unterschied Lichtlaufzeit und Lichtjahre" achten.

Ich hoffe, ich habe mich nicht zu sehr vertan - vor allen bei den großen Zahlen. Dann bitte korrigieren.

Gruß, Masterpie

_________________
Wir denken zu viel und fühlen zu wenig. (Charlie Chaplin)
Dummhausen



Anmeldungsdatum: 25.12.2021
Beiträge: 3

Beitrag Dummhausen Verfasst am: 27. Dez 2021 10:04    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo Masterpie,

am Ende des Tages ist meine Vermutung also richtig: Wir können nur deshalb so tief in die Vergangenheit gucken, weil sich das Universum im Verhältnis zur Lichtgeschwindigkeit entsprechend schnell ausgedehnt hat.

btw: Die Zahlen sind für mich nicht verwirrend, und "groß" ist relativ: 90Mrd sind auch nur etwas größer als 1000...

Gruß
Karl
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