Kommentare - - Seite 35

Richtig! Und es hat inzwischen eine klare Antwort gegeben. Siehe diverse Ergebnisberichte in "Sterne und Weltraum" und auf "Skyweek 2.0" im Internet.

Wenn ich den Text recht verstehe, dann handelt es sich hier um die hypothetische Lösung (spezielle Wechselwirkung des Higgs-Felds mit der Gravitation) eines hypothetischen Problems (Kollaps eines bestimmten Inflationsmodells). Hier sind also direkt gar keine Beobachtungen involviert - außer der Tatsache, dass das Universum sehr alt und im Mittel sehr flach ist, also außer der Tatsache, dass es deshalb anscheinend so etwas wie eine Inflation gegeben haben muss. Das hypothetische Problem, das hier gelöst wird, entsteht aus den - bisher unvollständigen und spekulativen - Versuchen, diese Inflation physikalisch genauer zu beschreiben und zu verstehen.

U. Bastian

Die Antwort lautet sehr einfach und - besonders für physikalisch Vorgebildete! - zugleich sehr überraschend: Weil sich das Universum mit Überlichtgeschwindigkeit ausdehnt.

Dieser scheinbare Widerspruch zur Speziellen Relativitätstheorie wird in den vier Artikeln aufgeklärt, die in der von Herrn Goßler angeführten "Expertenantwort" aus SuW 5/2014 zitiert werden. Eine noch schönere Darstellung des Sachverhalts "Expansion mit Überlichtgeschwindigkeit" findet sich in Spektrum der Wissenschaft, Mai 2005 (Artikel von Charles H. Lineweaver und Tamara M. Davis). Es wäre nicht sinnvoll, diese Erklärung in einer Leserbriefantwort zusammenfassen zu wollen.

Eine geschlossene Formel, die den Unterschied zwischen den zitierten 30 Milliarden Lichtjahren und den zitierten 18 Milliarden Lichtjahren darstellt, gibt es leider nicht - wie in der "Expertenantwort" aus SuW 5/2014 bereits ausgeführt wird.

Ich fürchte, Herr Schwarzenegger wird nicht mehr in Person dort marodieren können, aber im Prinzip gefällt uns die Idee.

Sehr geehrter Leser,

ich bin mir nicht sicher, was Sie in dem Zusammenhang unter "Photonsphäre" verstehen, doch versuche ich, Ihre Frage zu beantworten.

Ja; die Galaxie (der Haufen) bei z = 2,2 befand sich bei Aussendung des Lichts außerhalb der so genannten Hubble-Sphäre. Diese gibt zu einer gegebenen Zeit die Entfernung an, ab der sich Objekte wegen der Ausdehnung des Universums mit einer Geschwindigkeit von uns entfernen, die die Lichtgeschwindigkeit übersteigt. Das bedeutet aber nicht, dass das Licht uns nicht hätte erreichen können. Eine Grenze dafür ist in diesem Zusammenhang der so genannte Teilchenhorizont - und innerhalb diesem befand sich die Galaxie zur Zeit der Lichtaussendung noch.

Wegen der Expansion des Raums rücken aber im Verlauf der Zeit alle Galaxien nach und nach hinter diesen Horizont, so dass wir ihre Entwicklung nach diesem Zeitpunkt niemals werden beobachten können.

Adrian Kaminski

Sehr geehrter Leser,

vielen Dank für den Hinweis. Die Angabe von 18 Milliarden Lichtjahren als aktuelle Entfernung zur Galaxie ist jedoch wegen der Ausdehnung des Universums richtig.

Siehe die Antwort der Redaktion auf den Leserbrief von F. Apfelbaum weiter oben.

Adrian Kaminski

Sehr geehrter Leser,

Ihr Einwand wirft ein interessantes Thema auf. Würden wir in einem statischen Universum leben, dann wäre der Sachverhalt einfach und Ihre Anmerkung korrekt. Allerdings dehnt sich unser Universum aus. Das heißt, dass sich die Spinnennetz-Galaxie, seit sie das Licht aussandte, das wir heute beobachten, weiter von uns entfernt hat.

Im Rahmen des kosmologischen Standardmodells lassen sich die hier entscheidenden Größen berechnen. Eine Rotverschiebung von z = 2,2 impliziert eine Lichtlaufzeit von rund 10,7 Milliarden Jahren. Das bedeutet, dass das Universum zu jener Zeit 3 Milliarden Jahre alt war. Die damalige Entfernung zu der Galaxie entsprach rund 5,7 Milliarden Lichtjahren. Im Verlauf der letzten 10,7 Milliarden Jahre, als das Licht zu uns unterwegs war, vergrößerte sich der Abstand aber, so dass die heutige Distanz zu der Galaxie eben den im Artikel erwähnten 18 Milliarden Lichtjahren entspricht. Diese aktuelle Entfernung wird auch als "mitbewegte Distanz" bezeichnet.

Tatsächlich wird die Expansion des Universums oft unterschlagen, wenn Entfernungsangaben im Kosmos gemacht werden. Daher ist es notwendig, immer klar zu definieren, auf welche zeitliche Epoche sich eine Distanzangabe bezieht.

Die Ausdehnung des Universums zieht auch nach sich, dass der heutige Durchmesser des sichtbaren Kosmos etwas mehr als 90 Milliarden Lichtjahre beträgt. Das ergibt sich, wenn man die Rekombinationsphase im frühen Universum und die Abstrahlung der kosmischen Hintergrundstrahlung als beobachtbare Grenze annimmt. Die Hintergrundstrahlung weist eine Rotverschiebung von rund z = 1091 auf. Daraus ergibt sich wiederum eine mitbewegte Entfernung von rund 45,5 Milliarden Lichtjahren. Sie entspricht dem Radius des sichtbaren Universums.

Adrian Kaminski

Es ist denkbar. Jedoch müssten quantitative Untersuchungen konkrete Laseratome identifizieren - und dann nachrechnen, dass die unter diesen Bedingungen tatsächlich funktionieren.

Herrn Heemanns Vorschlag geht in dieselbe Richtung wie die beiden im Artikel schon angedeuteten Ideen (die ebenfalls noch quantitativ ausgearbeitet werden müssen bevor man sie als Theorie zur Erklärung der Überleuchtkraft betrachten kann). Die einzigen wesentlichen Annahmen bei der Berechnung der Eddington-Grenze sind die (ungefähre) Kugelsymmetrie des Licht-emittierenden Systems und die Annahme, dass die Strahlung das System nicht auseinandertreibt - dass es also im Wesentlichen stationär ist. Generell ist deshalb die Annahme einer starken Abweichung von der sphärischen Symmetrie - z.B. Abplattung, Strahlbildung, kleinskalige Klumpigkeit des Mediums usw. - der einzige Ausweg aus einer Verletzung der Eddington-Grenze.

Insbesondere ist der Vorschlag von Herrn Heemann eine Konkretisierung der zweiten Idee, nämlich einer Bündelung der Strahlung in Richtung zum Beobachter.

Die andere Möglichkeit, die Eddington-Grenze unwirksam zu machen, nämlich dass ein System eben doch von der Strahlung auseinandergetrieben wird, kennt man z.B. aus Nova- und Supernova-Explosionen.

U. Bastian

Sehr geehrter Leser,

die Frage, die Sie aufwerfen, ist berechtigt und interessant zugleich. Mit dem Alter der Weißen Zwerge ist das so genannte Kühlalter gemeint – also die Zeit, die vergangen ist, seit der Stern seine Hülle abgeworfen hat und seinen Kern freigelegt hat. Somit ist es richtig, dass dieses Alter zusammen mit der Lebenszeit des Vorläufersterns nicht das Alter des Universums übersteigen kann. Nun ist es aber so, dass Sterne unterschiedlich lange ihre Zeit als "gewöhnliche" Hauptreihensterne im hydrostatischen Gleichgewicht, bei dem die Fusionsprozesse im Zentrum sie gegen einen Kollaps stabilisieren, verbringen. Mit höherer Masse steigt auch der Druck im Zentrum, und um dem entgegenzuwirken, verbraucht der Stern seinen Wasserstoffvorrat schneller. Diese Energie muss auch abgestrahlt werden, weswegen auch die Leuchtkraft von Sternen mit der Masse ansteigt. Da die Menge des Brennstoffs, der für die Fusionen genutzt werden kann, mit der Masse wächst, lässt sich auch die Lebenszeit von Sternen in Abhängigkeit ihrer Massen abschätzen. Näherungsweise lässt sich sagen, dass die Dauer des zentralen Wasserstoffbrennens umgekehrt proportional zur 2,5-ten Potenz der Sternmasse ist. Somit sinkt die Lebenszeit von Sternen mit steigenden Massen vergleichsweise schnell. Für einen Stern mit der doppelten Sonnenmasse ergibt sich bereits eine Lebensdauer, die nur noch rund 17 Prozent der Lebensdauer der Sonne entspricht. Veranschlagt man rund elf Milliarden Jahre für die Sonne, so sind das bereits weniger als zwei Milliarden Jahre. Bei Sternen mit der achtfachen Sonnenmasse sind das bereits nur noch rund 60 Millionen Jahre. Wie man daran sieht, können heute beobachtete Weiße Zwerge durchaus diese hohen Alter aufweisen, obwohl eine obere Massengrenze für ihre Vorläufersterne nicht ganz klar zu ziehen ist. Sie liegt wohl irgendwo zwischen acht und zehn Sonnenmassen.

Des Weiteren sollte noch erwähnt werden, dass die Autoren der vorgestellten Studie nicht im Prinzip zehn Milliarden Jahre veranschlagt haben. Es ging ihnen darum, die Frage zu beantworten, ob der Mechanismus in der Lage ist, den mit dem Alter ansteigenden Wasserstoffgehalt zu erklären – also auch für deutlich jüngere Objekte. Die angesprochenen zehn Milliarden Jahre sollen dabei helfen, die Größenordnungen einzuordnen, und nähern sich hierbei sogar eher der oberen Grenze an.