Astronomie

Kosmologie

Ausdehnung des Kosmos

  • Woher kommt die Hintergrundstrahlung?
  • Was ist die kosmische Rotverschiebung?
  • Was ist Dunkle Materie …
  • … und was Dunkle Energie?
  • Was versteht man unter dem Standardmodell?

Ausdehnung des Kosmos

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Das Universum als Ganzes dehnt sich gegenwärtig aus.
  • Dabei besteht ein Zusammenhang zwischen der Entfernung der Galaxien voneinander und ihrer "Fluchtgeschwindigkeit" voneinander.
  • Bei der Ausdehnung gibt es keinen ausgezeichneten Punkt, keinen Mittelpunkt.

Andromedagalaxie
Abb.
1
Andromedagalaxie
Galaxien, wie unserer Milchstraße oder die benachbarte Andromedagalaxie (siehe Abb. 1), bestehen aus Milliarden von Sternen. Und so viele Sterne wie es in unserer Milchstraße gibt, so viele Galaxien kannst du auch beobachten.

In den kosmologischen Modellen der allgemeinen Relativitätstheorie, die heute als Standardmodell angesehen wird, kannst du dir das Universum als eine Sammlung von Galaxien vorstellen, die frei dahinschweben. Die Galaxien sind frei im Raum verteilt und führen eine ganz spezielle Form der Expansionsbewegung aus.

2 Ausdehnung des Kosmos am Beispiel der Entfernungen zwischen Galaxien

Expansion des Raums

Die nebenstehende Animation, bei der die Größenverhältnisse in keiner Weise stimmen, soll in einem zweidimensionalen Schnitt zeigen, wie sich die Galaxien im Universum bewegen. Im Laufe von 100 Millionen Jahren haben sich die Abstände aller Galaxien verdoppelt.

Die beiden Galaxien, die zu Beginn der Animation eine Million Lichtjahre entfernt waren, haben nach 100 Millionen Jahren 2 Millionen Lichtjahre Abstand. Sie haben sich also mit einer Geschwindigkeit von \[{v_1} = \frac{{{{10}^6}{\rm{Lichtjahre}}}}{{{{10}^8}{\rm{Jahre}}}} = 0{,}01 \cdot {\rm{Lichtgeschwindigkeit}}\] auseinanderbewegt.

Die beiden Galaxien, die zu Beginn der Animation zwei Millionen Lichtjahre entfernt waren, haben nach 100 Millionen Jahren 4 Millionen Lichtjahre Abstand. Sie haben sich also mit einer Geschwindigkeit von \[{v_2} = \frac{{2 \cdot {{10}^6}{\rm{Lichtjahre}}}}{{{{10}^8}{\rm{Jahre}}}} = 0{,}02 \cdot {\rm{Lichtgeschwindigkeit}}\] auseinanderbewegt.

Mit der kosmischen Expansion geht demnach ein charakteristischer Zusammenhang zwischen der Entfernung zweier Galaxien voneinander und der "Fluchtgeschwindigkeit" (in der Astronomie meist Rezessionsgeschwindigkeit genannt) voneinander einher. Je weiter zwei Galaxien voneinander entfernt sind, um so größer ist auch die Zunahme der gegenseitigen Entfernung in einem Zeitraum. Diese Beziehung wird Hubble-Beziehung genannt. Für uns als Beobachter auf der Erde gilt somit: Je weiter eine Galaxie von uns schon entfernt ist, umso schneller entfernt sie sich von uns. Die Ursache für diese Zunahme der Entfernung ist dabei allerdings keine einfache Relativbewegung, sondern die Ausdehnung des Raums.

Kein ausgezeichneter Mittelpunkt

Was mit der Animation nicht gezeigt werden kann, ist die Gleichberechtigung aller Galaxien. Wäre eine andere Galaxie in die Mitte gerückt haben, so ergäbe sich haargenau dasselbe Bild der Expansion, bei der sich alle Galaxien umso schneller von der Mittelpunktsgalaxie entfernen, je weiter sie von dieser Galaxie entfernt sind. Es gibt keinen ausgezeichneten Mittelpunkt der Expansionsbewegung - nur ein systematisches Anwachsen aller Abstände. Allen Beobachtern, auf welcher der Galaxien sie auch sind, bietet sich das gleiche Bild des expandierenden Universums.

Druckversion