Alle Artikel in: Kosmologie

Eine rötlich leuchtende, ovale Galaxie vor einem schwarzen Hintergrund mit wenigen Sternen.

Aus und vorbei: Das Universum und sein Ende

Veröffentlicht von Franziska Konitzer

Zumindest darüber sind sich Forschende mehr oder weniger einig: Unser Universum gibt es nicht schon seit ewigen Zeiten – sondern es hat vor rund 13,8 Milliarden Jahren mit dem Urknall begonnen. Seitdem dehnt sich das Universum aus, es wird immer größer und kühlt sich immer weiter ab. Aber wie geht die Geschichte des Universums eigentlich weiter, und vor allem: Wie hört diese Geschichte auf? Wenn das Universum einen Anfang hat, sollte es dann nicht auch ein Ende geben?

Zur allseitigen Beruhigung sei geschrieben, dass jegliche Enden des Universums in so unvorstellbar weiter Zukunft liegen, dass sie keinerlei Auswirkungen auf das Leben auf der Erde haben. Wir Menschen sind davon nicht betroffen.

Analog zum Begriff des Urknalls, auf Englisch „Big Bang“, werden vor allem drei verschiedene potenzielle Schicksale für unser Universum diskutiert: Da wäre der „Big Crunch“, bei dem das Universum in einer Art kosmischer Symmetrie am Ende wieder in sich zusammenstürzt – eine Art umgekehrter Urknall. Bei einem „Big Rip“ hingegen würde das genaue Gegenteil eintreten und das Universum würde sich so schnell ausdehnen, dass es letztendlich zerreißt – seinen gesamten Inhalt eingeschlossen. Der „Big Freeze“ hingegen bezeichnet den Kältetod des Universums: Im expandierenden Universum würden einfach nach und nach die Lichter ausgehen, Galaxien wären in so weiter Ferne, dass jede Sterneninsel für sich allein durchs All driftet und das Universum würde immer größer, kälter und leerer werden. Bis irgendwann gar nichts mehr passiert – und auch nie wieder passieren wird.
In dieser Folge des AstroGeo-Podcasts erzählt Franzi vom ultimativen Schicksal unseres Universums, was mit ihm am Ende der Zeit passiert – und was die mysteriöse Dunkle Energie damit zu tun hat, die derzeit dafür sorgt, dass sich das Universum beschleunigt ausdehnt.

Zwei Spiralgalaxien befinden sich nahe beieinander. Ihre Spiralarme scheinen sich jeweils schon nach der anderen Galaxie auszustrecken.

Sterneninseln auf Kollisionskurs: Wann trifft die Andromeda-Galaxie die Milchstraße?

Veröffentlicht von Franziska Konitzer

Als der fränkische Astronom Simon Marius im Jahr 1612 erstmals sein Fernrohr auf einen nebligen Fleck im Sternbild Andromeda richtet, kann er noch nicht ahnen, was er da eigentlich sieht: Marius beschreibt „schimmernde Strahlen, die um so heller werden, je näher sie dem Zentrum sind.“ Den Lichtglanz im Zentrum erscheint dem Astronomen wie „wenn man aus großer Entfernung eine brennende Kerze durch ein durchscheinendes Stück Horn betrachtet“. Damit ist wohl Simon Marius der erste Astronom, der den Andromedanebel durch ein Fernrohr beobachtete.

Spätere Beobachtungen mit besseren Fernrohren und Teleskopen ergeben, dass dieser Andromedanebel spiralförmig ist. Und im Jahr 1912, fast genau dreihundert Jahre nach Simon Marius, richtet der Astronom Vesto Slipher sein Teleskop gen Andromedanebel und findet dabei heraus: Dieser recht hübsche Spiralnebel kommt mit Karacho auf uns zugeflogen: Slipher ermittelte für den Nebel eine sogenannte Radialgeschwindigkeit von 300 Kilometern pro Sekunde.

Heutzutage wissen wir, dass der Andromedanebel überhaupt kein Nebel ist – sondern eine eigenständige Sterneninsel. Sie ist also eine Galaxie genau wie unsere Milchstraßeund wie sie ein Teil der Lokalen Gruppe, gehört somit zu unserer unmittelbaren kosmischen Nachbarschaft. Die Andromedagalaxie ist derzeit rund 2,5 Millionen Lichtjahre von der Milchstraße entfernt. Allerdings: Diese Entfernung wird immer geringer, denn wegen ihrer hohen Radialgeschwindigkeit scheint es so, als würde die Andromedagalaxie direkt auf die Milchstraße zufliegen.

Deshalb gilt es seit fast einem Jahrhundert eigentlich als ausgemachte Sache, dass die Andromedagalaxie und die Milchstraße irgendwann zusammenstoßen und miteinander verschmelzen werden: Aus den zwei Spiralgalaxien würde so eine einzige, größere elliptische Galaxie werden.

Und doch war und ist noch vieles unklar bei dieser potenziellen kosmischen Kollision: Wird es einen frontalen Zusammenstoß geben? Oder eher eine Art Streifschuss? Oder fliegt die Andromedagalaxie auch einfach an der Milchstraße vorbei?

In dieser Folge erzählt Franzi von der lange erwarteten Verschmelzung der Milchstraße mit der Andromedagalaxie – und was diese mit galaktischer Eschatologie, Tangentialgeschwindigkeiten und Messunsicherheiten zu tun hat.

Episodenbild: NASA, ESA, STScI, Till Sawala (University of Helsinki), DSS, J. DePasquale (STScI)

Die Erde im als Heiĺuftballon am blauen Himmel, unten hängt ein Korb

Expandierende Erde: zu große Zahlen und zu kleine Schwerkraft

Veröffentlicht von Franziska Konitzer

Im Jahr 1937 hatte Paul Dirac eigentlich so alles erreicht, was man als theoretischer Physiker erreichen konnte: Der Brite hatte die Quantenphysik mit begründet und sie mit Einsteins Spezieller Relativitätstheorie vereint. Fast aus Versehen hatte er erstmals eine neue Form von Materie beschrieben, die wir heute als Antimaterie kennen. Paul Dirac hatte nicht nur eine Professur an der angesehen Universität von Cambridge bekommen, sondern bekam auch im Alter von nur 31 Jahren den Nobelpreis für Physik zugesprochen. Doch nun wandte sich Dirac größeren Dingen zu: der Kosmologie.

Paul Dirac entwarf die „Large Numbers Hypothesis“, die Hypothese der großen Zahlen. Seine Vermutung besagte, dass das Verhältnis der Zahlenwerte von Naturkonstanten sich merkwürdigerweise immer wieder eine ziemlich große Zahl ergibt, nämlich zehn hoch 39. Was für die Meisten ein nicht besonders seltsamer Zufall sein mag, hatte für Dirac tiefere Bedeutung: Er schloss daraus, dass die Naturgesetze im Universum nicht immer und überall gleich waren – und dass die Naturkonstanten entgegen ihrem Namen nicht konstant, sondern variabel seien.

Dabei hatte es Dirac vor allem auf eine Naturkonstante abgesehen: die Gravitationskonstante. Diese sei vor Jahrmilliarden viel größer gewesen. Und das würde bedeuten: Was wir als Schwerkraft kennen, nimmt mit zunehmendem Alter des Universums ab.

Während Paul Diracs Ausflug in die Kosmologie – oder in die Zahlenmystik – von seinen Kolleginnen und Kollegen größtenteils ignoriert wurde, gab es einen deutschen Physiker, der die Hypothese der Großen Zahlen ernst nahm: Pascual Jordan beschäftigte sich vor allem damit, welche messbaren Auswirkungen so eine geringer werdende Schwerkraft auf unsere Erde haben könnte. Demnach sollte mit einer abnehmenden Gravitationskonstante unsere Erde selbst expandieren.

In dieser Folge des AstroGeo-Podcasts erzählt Franzi die Geschichte hinter der sogenannten Expansionstheorie – und damit ist nicht das Universum selbst gemeint!

Das diffus leuchtende Band der Milchstraße, über dem viele, chaotisch wirkende weiße Striche liegen. Wie eine zerkratzte Oberfläche.

Vom Mittelpunkt zum Mitläufer: Wie wir unseren Platz im Kosmos fanden

Veröffentlicht von Franziska Konitzer

Und sie bewegt sich doch: Diese geflügelten Worte werden Galileo Galilei zugeschrieben. Ob er sie je geäußert hat, ist zwar fraglich – doch dass er ihnen zugestimmt hätte, steht außer Zweifel. „Sie“ ist unsere Erde. Jahrtausendelang hatte das geozentrische Weltbild sie starr und unbewegt in das Zentrum des Universums gesetzt: Alle übrigen Planeten, die Sonne, der Mond und der Fixsternhimmel sollten sich um sie drehen.

Galileo Galilei hingegen hat als früher Verfechter ein heliozentrisches Weltbild vertreten: eines, dass die Erde von ihrem Ehrenplatz im Mittelpunkt des Universums schubst und an diese Stelle die Sonne setzt. Demnach würde sich die Erde um die Sonne drehen – und sich eben doch bewegen. Heutzutage wissen wir, dass Galilei und andere frühe Vertreter dieses Weltbilds Recht behalten sollten – nur: Wie konnten sie überhaupt beweisen, dass sich die Erde um die Sonne dreht?

In dieser Folge von AstroGeo erzählt Franzi die Geschichte einer Suche, die Jahrtausende gedauert hat: die nach der stellaren Parallaxe. Diese scheinbare Bewegung von Sternen im Laufe eines Erdjahres ist nicht nur ein Beleg dafür, dass sich die Erde um die Sonne dreht – sie ist bis heute die einzige Möglichkeit, die Entfernung zu Sternen direkt zu vermessen und damit die Grundlage so ziemlich all unseres Wissens über den Weltraum und unser Universum.

Die Anisotropien des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB), wie von Planck beobachtet. Diese Regionen mit leicht unterschiedlichen Dichten sind hier in blau- und orange-Schattierungen dargestellt, in einem sehr körnig aussehenden dreifarbigem Bild mit weißem Hintergrund.Es zeigt winzige Temperaturschwankungen, die Regionen mit leicht unterschiedlicher Dichte entsprechen und den Keim für alle zukünftigen Strukturen darstellen: die heutigen Sterne und Galaxien.

Das Ende des Anfangs: Was vom Urknall übrigblieb

Veröffentlicht von Franziska Konitzer

Es war einmal: der Urknall. Nachdem unser Universum wohl irgendwie entstanden war und Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler herausgefunden hatten, dass es überhaupt einen Anfang gegeben hat, fanden sie auch heraus, dass die allerersten Elemente im Universum kurz nach dem Urknall entstanden sind, vor allem Wasserstoff und Helium. Doch wie ging es dann weiter?

Nun folgt das Ende des Anfangs: Es half dabei, dem Urknall-Modell zum wissenschaftlichen Durchbruch zu verhelfen. Dabei handelt es sich um ein Überbleibsel des Urknalls, das bis heute den ganzen Kosmos durchdringt – und dessen Entdeckung absoluter Zufall war: die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung.

Das Erbe des Urknalls: Wie die Materie in unser Universum kam

Veröffentlicht von Franziska Konitzer

Der Anfang vom Anfang war gemacht: Zu Beginn des 20. Jahrhunderts hatten Wissenschaftler herausgefunden, dass unser Universum nicht ewig und unveränderlich in all seiner Pracht existiert, sondern dass es in ferner Vergangenheit zunächst entstanden ist. Dieses Ereignis bezeichnen wir heute als Urknall – aber was ist dann passiert?

In dieser Folge erzählt Franzi die Geschichte eines Physikers namens Ralph Alpher, der herausgefunden hat, wie das Weltall und alles in ihm entstanden ist: wie die Materie in unser Universum kam, allen voran die beiden häufigsten chemischen Elemente Wasserstoff und Helium. Diese Urknall-Nukleosynthese ist bis heute eine der stärksten Hinweise darauf, dass das Universum in einem unvorstellbar heißen und dichten Zustand angefangen hat – und sie verrät uns außerdem, wie lange dieser Anfang vom Allem gedauert hat.

Vor einem Hintergrund voller hell leuchtender Sterne ist in der Mitte eine Spiralgalaxie mit einem dichteren, gelblich leuchtenden Zentrum und bläulichen Spiralarmen.

Das Universum und sein Urknall – der Anfang des Anfangs

Veröffentlicht von Franziska Konitzer

Unser schönes Universum, so majestätisch, so… ewig und unveränderlich? Als Albert Einstein zu Beginn des 20. Jahrhunderts seine Allgemeine Relativitätstheorie auf das gesamte Universum anwendete, gefiel ihm das Ergebnis ganz und gar nicht: Denn seine Theorie sagte ihm, dass das Universum entweder expandiert oder kollabiert, kurzum, dass es dynamisch sei. Das passte Einstein ganz und gar nicht – denn er lebte zu einer Zeit, als das Universum nur aus einer einzigen Galaxie, nämlich unserer Milchstraße, bestand und dazu noch statisch war. Das heißt: Das Universum verändert sich nicht. Es wird weder größer noch kleiner, es hat es schon immer gegeben und es wird es immer geben.

Wie ist unser Universum entstanden? Albert Einsteins Antwort darauf lautete zunächst: gar nicht.

In dieser Folge von AstroGeo erzählt Franzi die Geschichte vom Anfang des Anfangs: Ein belgischer Priester und Physiker namens Georges Lemaître fand als Erster heraus, dass sich das Universum ausdehnt – und ist von dieser Expansion des Universums zu seinem Anfang gelangt, den wir heute Urknall nennen.

Ein Bild voller kleiner Seifen- und Schaumblasen.

Böse Doppelgänger aus der Parallelwelt: Die Physik des Multiversums

Veröffentlicht von Franziska Konitzer

Wir Menschen sind nichts Besonderes: Wir leben auf keinem besonderen Planeten, wir befinden uns in einer ganz und gar gewöhnlichen Galaxie. Ist dann wenigstens unser Universum etwas ganz Besonderes, das es so nur einmal gibt?
Normalerweise machen die harten Naturgesetze der Physik spannenden Ideen aus der Science Fiction eher einen Strich durch die Rechnung: Beamen? Geht nicht, gibt’s nicht. Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit? Kann man sich abschminken, ist rein physikalisch unmöglich. Und was ist mit dem bösen Doppelgänger, der im Paralleluniversum nebenan nur darauf lauert, die Herrschaft übers Multiversum an sich zu reißen?
In dieser Folge des AstroGeo-Podcast erzählt Franzi die Geschichte der Parallelwelten, Paralleluniversum, den Vielen Welten und dem Multiversum: Tatsächlich kennt die Physik nicht nur eine Art von Parallelwelt – sondern gleich mehrere! Leben wir tatsächlich in einem vor lauter Universen nur so blubbernden Multiversum? Gibt’s irgendwo da draußen vielleicht wirklich einen bösen – oder, noch viel schlimmer: einen guten! – Doppelgänger von uns allen? Vielleicht besteht das Paralleluniversum nebenan aus einem gigantischen Schwarzen Loch und sonst nichts? Und gibt es sie überhaupt?

Vor einem schwarzen Hintergrund ist im Zentrum ein orange-gelblicher Kreis zu sehen, umgeben von mehreren konzentrischen Ringen, die ebenfalls orange-gelblich eingefärbt sind und deren Dichte nach außen hin abnimmt.

Der hellste Gammablitz aller Zeiten

Veröffentlicht von Franziska Konitzer

Eigentlich wollten die USA nur überprüfen, ob sich auch alle Beteiligten an den Partiellen Teststopp-Vertrag halten, der bestimmte Atomwaffentests und andere Kernexplosionen verbot: Dafür wurden in den 1960er-Jahren die Vela-Satelliten in hohe Erdumlaufbahnen geschickt. Doch zunächst fanden diese Satelliten keine Anzeichen auf geheime Kernwaffen-Tests, sondern auf mysteriöse helle Lichter aus dem All: Diese Gammablitze leuchteten im hochenergetischen Gammastrahlenbereich sekundenlang auf, bevor sie wieder verblassten. Sie schienen von überall her aus dem All zu kommen – was steckte dahinter?

Heute wissen wir: Gammablitze kommen von sehr weit weg, zum Glück, möchte man sagen: Denn würde ein Gammablitz von nebenan auf die Erdatmosphäre treffen, hätte das drastische Auswirkungen auf die Erde und auf das Leben auf ihrer Oberfläche. Ein solcher Gammablitz könnte ein Massenaussterben auslösen – und vielleicht ist das in der Vergangenheit schon einmal passiert.

In dieser Folge des AstroGeo-Podcasts erzählt Franzi die Geschichte der Gammablitze und was wir über sie bereits wissen. Und sie erzählt vom 9. Oktober 2022, als der bislang hellste jemals gemessene Gammablitz namens GRB 221009A auf die Erdatmosphäre traf, Spitzname: BOAT – brightest of all time.

Grafik einer Spiralgalaxie, die von einer sehr diffusen, bläulichen Wolke durchsetzt ist.

Dunkle Materie – wo sind die WIMPs?

Veröffentlicht von Franziska Konitzer

Dunkle Materie muss es geben – jene unsichtbare Materie, die auch unsere Galaxie vor dem Auseinanderfliegen bewahrt. Bis zu 85 Prozent aller Materie in unserem Universum sollte aus Dunkler Materie bestehen. Aber wo ist sie? Und was ist sie? Als guter Kandidat galten und gelten hypothetische Teilchen namens WIMP (weakly interacting massive particles). Stimmt das, wäre unsere ganze Galaxie in einen Nebel aus jenen zwar massereichen, aber extrem flüchtigen Teilchen regelrecht eingebettet. Auch durch die Erde würden in jedem Moment von Billionen von WIMPs fliegen.

Zwar gelten die WIMPs als guter Kandidat für die so dringend gesuchten Materieteilchen – aber ihr Nachweis auf der Erde gestaltet sich als schwierig. Oder doch nicht? Es gibt da zumindest ein Experiment in einem italienischen Labor, rund 1400 Meter unter der Erde, das behauptet: Wir haben die WIMPs gefunden! Und das schon seit über 25 Jahren!

Franzi erzählt Karl die Geschichte des Dramas um das DAMA-Experiment: eine Geschichte vom Suchen und, nun ja, Nicht-Finden der Dunklen Materie – eine Erfolgsgeschichte der wissenschaftlichen Methode oder doch eher ein Trauerspiel?