Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

94 Makrokosmos 23 Optisch lassen sich Galaxien bis zu einer Entfernung von 5 Milliarden Lichtjahren nachweisen. Allerdings enthalten viele Galaxien auch Radioquellen. Mit Hilfe dieser sogenannten Quasare kann man mit der Radio- astronomie Galaxien bis in eine Entfernung von rund 8 Milliarden Lichtjahren finden. Diese entfernten Ob- jekte weisen eine starke Rotverschiebung auf, sie be- wegen sich bezogen auf unsere Milchstraße mit 80% der Lichtgeschwindigkeit. Wie das Hubble-Gesetz zeigt, kann man Galaxien in einer Entfernung von 10 10 Lj. nicht mehr erwarten, weil sie wegen der Fluchtgeschwindigkeit c 0 für uns unbeobachtbar wären. A1 Rechne nach! Die Entscheidung, ob es in dieser Entfernung über- haupt Sterne geben kann, hängt eng mit dem Ver- ständnis der Entstehung des Universums zusammen. Das Hubble-Gesetz kann man aus einer gemeinsa- men Fluchtbewegung aller Galaxien von einem Punkt folgern: Wenn sich bei einem gemeinsamen Entste- hungsprozess das Universum von einem Punkt aus ( Singularität ) ausgedehnt hat, dann sind die entfern- testen Galaxien entweder die schnellsten und damit die amweitesten von diesem ersten Punkt entfernten. Oder sie sind von uns aus gesehen die langsamsten, die bis jetzt den kleinsten Weg zurückgelegt haben. Wir können von unserem Standpunkt ja nicht ent- scheiden, welche entfernten Galaxien „absolut“ gese- hen schneller oder langsamer unterwegs sind! Jene Galaxien, die amweitesten voneinander entfernt sind, entfernen sich auch am schnellsten voneinander. Die Idee eines solchen expandierenden Universums hatte der Mathematiker Alexander Friedmann schon 1924. Nimmt man eine gleichförmige Bewegung der Galaxien an ( v = s / t ), wäre nach dieser Vorstellung das Universum vor ≈ 1/ H 0 s entstanden (vergleiche v = H 0 · r !). Für das Alter des Universums ergibt sich damit rund 10 10 Jahre. A2 Rechne nach! Das frühe Universum (the early universe) Aus der Expansion des Universums lässt sich errech- nen, dass vor ca. 10 10 Jahren das Universum in einem sehr kleinen Raumbereich konzentriert war und eine dramatische Expansion des Raumes mit der Materie erfolgte. Dieses Modell wird als Urknall (big bang) bezeichnet. Wegen der hohen Energiedichte in der Zeit unmittelbar nach dem Urknall, lassen sich unsere Vorstellungen von den Grundkräften der Natur nicht anwenden. A3 Wiederhole die vier Arten der Grundkräfte! Am ,Anfang der Zeit’vor etwa 15 bis 20 Milliarden Jah- ren war alle Materie und Strahlung (alle Energie), aber auch der Raum, in einem Punkt ,unendlicher’ Dichte ( „Singularität“ ) zusammengepresst. In Bruchteilen der ersten Sekunde unseres Universums gab es nur eine Kraft, die Superkraft , Raum, Zeit, Materie und Strahlung sind nicht voneinander unterscheidbar. Die Temperaturen zu dieser Zeit schätzt man auf 10 32 K, die Dichte auf 10 97 kg · m –3 . Als erstes spaltete sich die Gravitation von der Superkraft ab, die noch Elektro- magnetismus, die starke und die schwache Kernkraft in sich trug (GUT – Grand Unified Theories describe a unification of strong, weak and electromagnetic forces). 23.4.2 Abb. 94.1 Von unserer Galaxis (G) entfernen sich die Galaxien in den Sternbildern Jungfrau (A), Nördliche Krone (B), Bootes (C) und Hydra (D) unterschiedlich schnell. Ihr Licht ist zunehmend nach dem Dopplereffekt rotverschoben, wie ihr Spektrum zeigt (H- und K-Linienvergleich!). Mit Hilfe der Hubble-Gleichung lässt sich die Entfernung abschätzen. Bemerkung: Die Bestimmung der Hubble-Konstante ist ziemlich schwierig. Der von den Astronomen angegebene Wert hat sich im Laufe der Jahrzehnte erheblich verändert. Den Werten dieser Abbildung liegt für H 0 ein Wert von 50 km · s -1 · Mpc -1 zugrunde. BW5/K2.11 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv