Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

93 Entwicklung des Universums 23.4 Entwicklung des Universums (evolution of universe) Die Frage nach dem Beginn des Sternenleuchtens führt uns auf das Problem der Entstehung des Univer- sums. Raum und Zeit im Universum Bei der Untersuchung von „fernen“ Galaxienhaufen fällt auf, dass sie alle Spektren mit einer Rotverschie- bung (redshift) aufwiesen. Dies erklärte E. P. Hubble (1889–1953) dadurch, dass Galaxien (die nicht der Lokalen Gruppe angehören) sich in Bezug auf unser Sonnensystem entfernen. Als Folge davon erkannte man, dass alle Galaxienhau- fen eine Fluchtbewegung voneinander ausführen, un- ser System also nicht ausgezeichnet ist: Die Entdeckung dieser allgemeinen Fluchtbewegung der Galaxien hat zum Modell des expandierenden Universums geführt. E. Hubble fand bei der Entfernungsbestimmung von (neun) Galaxien noch einen weiteren Zusammen- hang: 23.4 23.4.1 A1 Gib das Intervall an, in dem der Wert der Hubble- Konstanten wegen des angegebenen Fehlers liegt! Hinweis: Verwende für unsere Berechnungen den Wert H 0 ≈ 75 km · s –1 · Mpc –1 . A2 Diskutiere mit deinen Klassenkameraden mögli- che Ursachen für diese Ungenauigkeit! Abb. 93.1 Die Galaxien lassen sich mit Rosinen im Sonn- tagskuchen vergleichen: Die Rosinen im Kuchen bewegen sich beim Aufgehen des Teiges alle voneinander weg. Dabei gilt: Bei doppelter, dreifacher, ... Entfernung ist die Entfernungsgeschwin- digkeit das Doppelte, Dreifache, ... Jede Rosine kann von sich aus behaupten, sie befände sich im Gegensatz zu den anderen in Ruhe. Abb. 93.2 Beziehung zwischen der Geschwindigkeit und der Rotverschiebung. (z = ( m 0 – m A ) / m A , wobei m A die ausgesandte, m 0 die beobachtete Wellenlänge ist.) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Geschwindigkeit/ Lichtgeschwindigkeit 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Rotverschiebung z v = H 0 · r v … Geschwindigkeit der Galaxie relativ zur Erde H 0 … Hubble-Konstante H 0 = 74,3(21) km · s –1 · Mpc –1 r … Entfernung von der Erde Gesetz von Hubble Beispiel Der Virgo-Haufen (im Sternbild Jungfrau) enthält rund 2500 Galaxien. Bei einer Fluchtgeschwindig- keit von 1150 km · s -1 müsste seine Entfernung ca. 50 Millionen Lichtjahre betragen. A3 Rechne nach! Beispiel Galaxienhaufen im Hercules Abb. 93.3 Galaxienhau- fen imHercules. Man kann Spiralen, Balkenspiralen und elliptische Galaxien erkennen. Die einzelnen Ga- laxien entfernen sich nicht voneinander, der gesamte Haufen bewegt sich von unserer Milchstraße fort. Beispiel Die Lokale Gruppe Abb. 93.4 Unsere Galaxis (Pfeil) ist innerhalb der Lokalen Grup- pe von knapp 30 weiteren Galaxien umgeben. Unsere Galaxis Leo II Leo I Nubecula Major Sculptor Formax Nubecula Minor M 33 NGC 185 NGC 147 M 31 M 32 NGC 205 NGC 6822 IC 1613 Wolf -Landmark Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv