Sternengeschichten   /     Sternengeschichten Folge 599: Der lange kosmische Nachmittag

Description

Der kosmische Morgen ist schon lange vorbei und wir leben im langen, tr√§gen Nachmittag des Universums. Was das hei√üt und was der Abend bringt, erfahrt ihr in der neuen Folge der Sternengeschichten. Wer den Podcast finanziell unterst√ľtzen m√∂chte, kann das hier tun: Mit PayPal (https://www.paypal.me/florianfreistetter), Patreon (https://www.patreon.com/sternengeschichten) oder Steady (https://steadyhq.com/sternengeschichten)

Subtitle
Steht das Universum gerne fr√ľh auf?
Duration
596
Publishing date
2024-05-17 05:00
Link
https://sternengeschichten.podigee.io/599-sternengeschichten-folge-599-der-lange-kosmische-nachmittag
Contributors
  Florian Freistetter
author  
Enclosures
https://audio.podigee-cdn.net/1468704-m-e6ccf0b91024e2b5ccd478cfe136931f.mp3?source=feed
audio/mpeg

Shownotes

Steht das Universum gerne fr√ľh auf?

Sternengeschichten Folge 599: Der lange kosmische Nachmittag

Es gibt Menschen, die ohne Probleme fr√ľh am Morgen aufstehen und am Vormittag richtig viel Spa√ü haben und produktiv sind. Und es gibt Menschen, die erst am Nachmittag so richtig munter werden. Aus kosmischer Sicht sind wir allerdings alle keine Morgenmenschen, denn den Vormittag des Universums haben wir schon lange verpasst und den Mittag genau so. Wir leben im langen kosmischen Nachmittag und d√ľrfen leider auch nicht mit einer spannenden Party am Abend oder einem aufregenden Nachtleben rechnen.

Aber bevor wir uns mit Abend und Nacht besch√§ftigen, schauen wir lieber mal, was es √ľberhaupt bedeutet, wenn wir vom "kosmischen Nachmittag" oder dem "kosmischen Mittag" reden. Es geht dabei um die Entstehung von Sternen. Wir wissen, das Sterne nicht ewig existieren. Sie entstehen, sie existieren eine Zeit lang und dann verschwinden sie wieder. Die Details so eines Sternenlebens habe ich in verschiedenen Folgen der Sternengeschichten schon ausf√ľhrlicher besprochen. Heute geht es um das gro√üe Gesamtbild. Wir schauen uns an, wie viele Sterne im Durchschnitt zu bestimmten Zeitpunkten im Universum entstanden sind.

Der Anfang ist da noch vergleichsweise einfach. Vor 13,8 Milliarden Jahren, als das Universum entstanden ist, gab es noch √ľberhaupt keine Sterne. Es gab jede Menge Wasserstoff und Helium, in gigantischen Wolken √ľberall im Kosmos. Die Details lasse ich jetzt auch hier aus, aber aus diesen Wolken sind irgendwann die allerersten Sterne entstanden die sich in den allerersten Galaxien zusammengefunden haben. Die Frage ist jetzt: Wie geht es weiter?

Zuerst aber ist die eigentliche Frage: Wie will man √ľberhaupt herausfinden, wie viele Sterne entstanden sind, in der Vergangenheit? Das ist nicht einfach, aber es geht. Wir wissen ja, dass wir umso weiter in die Vergangenheit schauen, je l√§nger das Licht, das wir beobachten, bis zu uns unterwegs ist. Wenn wir also Licht von Galaxien untersuchen, dass ein paar Milliarden Jahre durchs All geflogen ist, bis es auf unsere Teleskope trifft, dann sehen wir eine Galaxie, die ein paar Milliarden Jahre alt ist. Oder anders gesagt: Je weiter weg eine Galaxie ist, desto √§lter ist sie beziehungsweise desto k√ľrzer nach dem Urknall ist sie entstanden. Die Entfernung l√§sst sich gut messen oder besser gesagt: Die Rotverschiebung des Lichts l√§sst sich gut messen. Wenn es um Distanzen von Milliarden Lichtjahren geht, ist es nicht mehr einfach oder eigentlich sogar unm√∂glich, eine eindeutige Entfernung anzugeben. Das Universum hat sich in der ganzen Zeit, in der sich das Licht durchs All bewegt hat, ja ausgedehnt, und das macht alles ein bisschen komplizierter. Aber eben weil sich das Universum ausgedehnt hat, hat sich auch die Frequenz des Lichts ver√§ndert. Durch die Expansion des Alls entfernen sich die Galaxien von uns und das streckt die Lichtwellen quasi, wodurch sie r√∂ter erscheinen, als sie es urspr√ľnglich waren. Das Ausma√ü dieser Rotverschiebung kann man messen und sie ist ein gutes Ma√ü daf√ľr, wie alt die Galaxie ist.

Das ist alles noch vergleichsweise einfach; ein bisschen komplizierter wird es, wenn wir wissen wollen, wie viele Sterne in diesen Galaxien entstehen, deren rotverschobenes Licht wird beobachten. Wir m√ľssen die Sternentstehungsrate bestimmen und daf√ľr kann man zum Beispiel den Anteil des Ultravioletten-Lichts bestimmen. Junge Sterne sind hei√üer als alte Sterne, vor allem ihre Oberfl√§chentemperatur ist hoch und deswegen leuchten sie hell-bl√§ulich beziehungsweise im ultravioletten Licht. Erst wenn die Sterne √§lter werden, k√ľhlt ihre Oberfl√§che ab und ihr Licht wird r√∂tlicher. Wenn in einer Galaxie also gerade sehr viele Sterne entstehen, dann sollten wir auch sehr viel ultraviolettes Licht von ihr bekommen. Jetzt kann man nat√ľrlich einfach ein Ultraviolett-Teleskop nehmen und damit die Galaxien im Universum beobachten. Das ist auch genau das, was man tut - aber es ist ein wenig schwieriger, als man denken w√ľrde. Zuerst einmal wird das UV-Licht von der Atmosph√§re der Erde zum gr√∂√üten Teil blockiert. Was super f√ľr uns ist, denn UV-Licht ist sch√§dlich f√ľr unseren K√∂rper. Das merken wir, wenn wir uns ungesch√ľtzt der Sonne aussetzen, denn dann sorgt der UV-Anteil des Sonnenlichts, der es doch durch die Atmosph√§re geschafft hat daf√ľr, dass wir einen Sonnenbrand bekommen. Aber wenn wir UV-Astronomie betreiben wollen, dann ist das mit der Erdatmosph√§re bl√∂d. Deswegen m√ľssen wir die Teleskope ins Weltall schaffen. Was auch bl√∂d ist, ist das, woraus die Sterne entstehen, wenn sie entstehen: N√§mlich aus gro√üen Wolken voll Gas und Staub. Denn die blockieren das UV-Licht, so wie es die Erdatmosph√§re auch tut.

Wir haben also folgende Situation: In einer Galaxie, in der viele neue Sterne entstehen, muss es viel Gas und Staub geben, aus denen Sterne entstehen k√∂nnen. Die jungen, neuen Sterne leuchten hell im UV-Licht, das wir messen wollen. Aber der Staub blockiert einen Teil des UV-Lichts, weswegen wir nicht genau messen k√∂nnen, wie viel da wirklich ist. Aber auch daf√ľr gibt es eine L√∂sung. Denn wenn der Staub vom UV-Licht angeleuchtet wird, dann heizt er sich auf. Diese W√§rme gibt er in Form von Infrarotstrahlung wieder ab. Wir m√ľssen also die Galaxie zus√§tzlich noch im Infrarotlicht beobachten und k√∂nnen schauen, ob da mehr Infrarotlicht da ist, als man erwarten w√ľrde. Das kann man mit den UV-Beobachtungen kombinieren und mit jeder Menge Mathematik berechnen, wie viel UV-Licht da eigentlich wirklich kommen w√ľrde von der Galaxie. Es gibt noch ein paar andere Indikatoren f√ľr die Sternentstehungsrate in Galaxien, zum Beispiel die Strahlung, die Wasserstoff erzeugt, wenn er durch hochenergetische UV-Strahlung angeleuchtet wird. Wenn das Licht junger Sterne auf Wasserstoffwolken im interstellaren Raum trifft, k√∂nnen wir das mit dieser Technik also auch beobachten und nutzen, um auf die Sternentstehungsrate zu schlie√üen.

Das alles ist nicht wenig Arbeit, aber wenn man die ganzen Daten zusammentr√§gt, dann hat man jede Menge Galaxien √ľberall im Universum f√ľr die man einerseits die Rotverschiebung kennt und andererseits ihre Sternentstehungsrate. Wenn man das jetzt in ein Diagramm einzeichnet, dann sieht man, wie sich die Sternentstehungsrate in Abh√§ngigkeit von der Rotverschiebung ver√§ndert. Oder anders gesagt: Man sieht, wie sich die Sternentstehungsrate im Laufe der Zeit ver√§ndert hat.

Die ersten, die so ein Diagramm erstellt haben, waren die Astronomen Piero Madau und Simon Lilly, plus jede Menge Kolleginnen und Kollegen, und zwar im Jahr 1996. Seitdem ist dieses Madau-Lilly-Diagramm, wie es mittlerweile genannt wird, immer wieder mit neuen Daten aktualisiert worden und wir haben ein recht gutes Bild bekommen. Wenig √ľberraschend f√§ngt die Kurve im Diagramm zuerst unten an und steigt dann nach oben. Was bedeutet: Wenn wir weit in die Vergangenheit des Universums blicken, waren da zuerst wenig neue Sterne in den Galaxien und dann sind es immer mehr geworden. Dieser erste Anstieg hat sich in den ersten zwei bis drei Milliarden Jahren nach dem Urknall abgespielt. Da war noch jede Menge Gas vorhanden - nach dem Urknall gab es ja nix anderes. Das Universum war auch noch kleiner als heute und die Galaxien sind √∂fter miteinander kollidiert und verschmolzen, was die ganzen Gaswolken durcheinander gewirbelt hat, was dazu gef√ľhrt hat, dass die Wolken kollabiert und daraus neue Sterne entstanden sind. Diese erste Phase wird der "kosmische Vormittag" genannt oder die "kosmische Morgend√§mmerung", wenn man es etwas poetischer haben will. Auf jeden Fall scheint das Universum kein Problem mit viel Aktivit√§t in der Fr√ľhzeit gehabt zu haben. Der H√∂hepunkt der Sternentstehung ist dann nat√ľrlich der "kosmische Mittag" und danach ist die Sternentstehungsrate wieder gesunken. Es war weniger Gas verf√ľgbar als noch am kosmischen Morgen. Die Supernova-Explosionen der sterbenden Sterne haben viel Gas aus den Galaxien rausgepustet, genau so wie es die aktiven Galaxienkerne getan haben. Mittlerweile haben sich in den Galaxien ja die supermassereichen schwarzen L√∂cher in den Zentren gebildet; und das ganze Gas in den jungen Galaxien ist da rumgewirbelt und reingefallen. Bei diesem Rumwirbeln ist jede Menge hochenergetische Strahlung entstanden und die hat ebenfalls verhindert, dass sich gro√üe Gaswolken zu Sternen zusammenballen.

Es sind immer noch neue Sterne entstanden, aber bei weitem nicht mehr so viele wie noch am kosmischen Vormittag. Die bis zum Mittag steil ansteigende Kurve nimmt am Nachmittag weniger steil ab. Der kosmische Nachmittag dauert deutlich länger als der Vormittag und es ist genau dieser Nachmittag, der unsere Gegenwart ist. Wir leben in einer Zeit, in der das Universum schon den Höhepunkt seiner Sternentstehung hinter sich hat. Oder anders gesagt: So hell wie es jetzt im Universum ist, wird es nicht mehr werden. Ab jetzt wird es immer dunkler, bis irgendwann alle Sterne entstanden sind, die entstehen können und die kosmische Nacht anbricht. Auf die dann leider kein neuer kosmischer Morgen mit einem neuen Anstieg der Sternentstehungsrate folgen wird. Der Nachmittag ist alles, was wir haben - also machen wir das beste daraus!