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XXXIII. Kosmos
?Porträ (bearbeitet)
Fundctelle


Inn der Astronomie verden Entfernungen inn Parsec (pc, kpc, Mpc, Gpc) oder inn Lixtjaren (ly) angegeben. Ein Punkt imm Veltraum hat fon der Zonne di Entfernung 1 pc, venn fon dort aus der Radius R der Erdban unter einem Vinkel α=1"=π/(180⋅60⋅60)=4.85⋅10⁻⁶≈tan(α) erceint, di Parallakse alzo eine Sekunde ist. Di Entfernung ist dan d=R/tan(α)=14,96⋅10¹⁰m⋅10⁶/4,85=3,09⋅10¹⁶m oder 3,26 ly. Mit Teleskopen fom Erdboden aus zint Entfernungen durx di Messung der Parallakse höxstens für Cterne möglix, die veniger als 30pc entfernt zint. Di Forcungszonden Hipparcos unt Gaia haben enorme neue Datenmengen geliefert, Gaia hat di Paralakse unt damit di Entfernung fon über einer Milliarde Cternen der Milxctrase bei höxstens 10% Feler gemessen unt auserdem di Parallakse der hellsten Cterne benaxbarter Galaksien. Inn der lokalen Gruppe, der Anzammlung fon über hundert Galaksien, ist neben der Milxctrase di Andromedagalaksi di gröste. Gaia hat durx Parallaksenmesseung ire Entfernung tsu 0,78 Mpc oder 2,5 Mly bectimmt. Es gibt aber Objekte imm Veltraum, deren Entfernung tsu gros ist, als dass ire Parallakse nox gemessen verden könnte. Dann bleibt di Unterzuxung des Lixtes unt der Helligkeit.

Con inn der Antike vurden di Cterne nax irer Helligkeit inn zeks Grösenklassen eingeteilt, di hellsten als Cterne 1. Gröse, di gerade nox zixtbaren als Cterne 6. Gröse. Dize Grösen rixten zix nixt nax der Intenzität des Lixtes, zondern nax der Reaktsion des Auges unt di entcprixxt nax dem Weber-Fechtnercen Gezets dem Logaritmus der Intenzität. Um di Helligkeitsskala tsu prätsiziren vurde im 19. Jarhundert festgelegt, dass ein Ctern 1. Gröse 100 Mal heller ist als ein Ctern 6. Gröse. Für di 1. Gröse vird vegen log 1=0 di Helligkeit als 0mag (mag/Magnitude) definirt unt für den Faktor x, um den ein Ctern n. Gröse heller ist als ein Ctern (n+1). Gröse, gilt x⁵=100, alzo x≈2,51. Dize Magnitudenskala vird nax beiden Zeiten fortgezetst unt auf andere Objekte erveitert.
Beicpile für di maksimale Helligkeit einiger Objekte zint: Neptun 7,8mag; Polarctern: 1,97mag; Vega 0,03mag; ISS -5mag; Zonne: -26,7mag;
Daraus lizt man ap, dass Neptun mit blosem Auge nixt tsu zehen ist, dass Vega 2mag, alzo 2,51²=6,3 Mal heller ist als der Polarctern, unt di ISS 5mag, alzo hundertmal heller ist als Vega. Dass hellere Objekte eine kleinere unt zogar negative Magnitude haben, ist eine Konzekvents der Tatzaxxe, dass bei jeder Neudefinition der Helligkeit di antiken Grösenklassen bevart vurden. Tsuzätslix vurde eine apzolute Helligkeit für Cterne eingefürt, di angibt, mit velxer Helligkeit der Ctern aus einer Entfernung fon 10pc erceint. Di Zonne müsste dan um 10pc/1AE=10∙2,06∙10⁵ veiter entfernt zein unt di Intenzität des Lixtes väre um das Kvadrat geringen. Der Faktor 4∙10¹² maxxt inn der Helligkeit 31,5mag aus, zodas di apzolute Helligkeit der Zonne -26,7mag+31,5mag=+4,8mag beträgt.
m: Helligkeit
M: apzolute Helligkeit
r: Entfernung
(1)





Umgekert kann aus der Differents tsviccen Helligkeit unt apzoluter Helligkeit di Entfernung eines Ctern fon der Erde berexnet verden. Das alles gilt tsunäxst für den Bereix des zixtbaren Lixts, kann aber auf jeden Vellenlängen-/Frekventsbereix übertragen verden. Vird über alle Bereixe gemessen, erhält man di bolometrice Helligkeit mbol. Di apzolute bolometrice Helligkeit Mbol eines Cterns entcprixxt zeinen Leuxtkraft.

1750 feröffentlixte Thomas Wright zeine Teorie über di Milxctrase als ceibenförmige Anzammlung fon Cternen einclislix der Zonne unt creibt über di Nebel am Cternenhimmel, zi zeien ebenzolxe Anzammlungen, di nur vegen irer grosen Entfernung imm unendlixxen Kosmos nixt inn Eintselcterne aufgelözt verden. Immanuel Kant feröffentlixte fünf Jare cpäter änlixxe Forctellungen, di Merheit der Astromen hilt dagegen di zixtbaren Cterne einclislix der datsviccen ligenden Nebel für das Univerzum. Beobaxtungen mit besseren Teleskopen tseigten imm neuntsenten Jarhundert untercidlixxe Nebelformen, di inn Katalogen (Messier, NGC) tabellirt vurden. Lord Rosse baute Mitte des Jarhunderts das damals gröste Cpigelteleskop, mit dem er inn Messier 51 eintselne Cterne auflözen konnte. 1845 entdekkte unt skitsirte er M 31 als Cpiralnebel. Anfang des tsvantsigten Jarhunderts begann Vesto Slipher, das Lixt eintselner Cterne aus Cpiralnebeln spektroskopic tsu unterzuxen, unt ctellte ungevönlix grose Fercibungen der Apzoptsionlinien fest. Di Linien varen teils inn den blauen, teils inn den roten Teil des Cpektrums fercoben. Er ferctand dize Fercibungen als Dopplereffekt imm Lixtcpektrum. ?
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Lord Rosses Skitse tsu M51







Mit Gleixung (19) imm Kapitel XXI. Lorentz-Transformatsionen tsum Dopplereffekt berexnete Slipher 1913 di Gecvindigkeit des Andromeda-Nebels tsu 300 km/s, ein Vert, der nox heute gültig ist. Das Cpektrum ist blaufercoben, der Andromeda-Nebel bevegt zix mit 300 km/s auf uns tsu. Insgezamt hat Slipher Cpektren fon 25 Cpiralnebeln unterzuxt, 21 varen rotfercoben, 4 Cpiralnebeln tseigten Fluxtgecvindigkeiten fon über 1000 km/s.
Fercibung

fon

Cpektrallinien
? ?
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Rotfercibung




Da dize Gecvindigkeiten um ein Filfaxxes höher zint als di damals bekannten Gecvindigkeiten fon Cternen, closs Slipher aus, dass di Cpiralnebel tsur Milxctrase gehören. Es zint entfernte Cternzüsteme, Galaksien vi di Milxctrase zelpst.


Anfang des tsvantsigsten Jarhunderts beobaxtete Henrietta Swan Leavitt Rizencterne inn der Kleinen Magellancen Volke, deren Helligkeit mit einer festen Periode cvankt. 1908 stellte zi fest, dass für dize Cepheiden eine eindeutige Betsihung tsviccen Periode unt zixtbarer Helligkeit becteht. Da di Cterne der Kleinen Magellancen Volke alle praktic di gleixe Entfernung fon der Erde haben, bedeutete das Ergebnis, dass es eine feste Betsihung tsviccen der Periode der Cepheiden unt irer Leuxtkraft gibt. Dize Perioden-Leuxtkraft-Betsihung vurde dan an näher gelegenden Cepheiden, deren Entfernung, Leuxtkraft unt apzoluter Helligkeit auf andere Veise ermittelt verden konnte, geeixt. Zo vurden di Cepheiden tsur ersten astonomicen Ctandartkertse. Mit dem Weltraumteleskop Hubble können heute eintselne Cterne inn Galaksien aufgelözt verden, di veit über di lokale Gruppe hinaus entfernt zint. Zo vurden einige Cepheiden inn der Galaksi M 100 imm Virgo-Galaksienhaufen gefunden unt deren Entfernung mit der Perioden-Leuxtkraft-Betsihung tsu 17 Mpc oder 55 Mly bectimmt.

Imm Diagramm ist di Helligkeit fon Cepheiden gegen den Logaritmus irer Periode aufgetragen.


Inn Galaksien gibt es gecätst einige venige Zupernovas Ia (fgl. Kap.XXXII: Cterne) pro Jarhundert. SN 2006X fom Tüp Ia leuxtete auf inn der Galaksi M 100, deren Entfernung durx Cepheiden bekannt ist. Di Bilder tseigen dize Galaksi for unt nax dem Aufleuxten der Zupernova. Veil alle Zupernova Ia di termonuklearen Ekplozion eines veisen Tsverges bekannter Masse zint, entvikkeln zi di gleixe Leuxtkaft unt haben di gleixe apzolute bolometrice Helligkeit Mbol. Venn inn einer Galaksi, deren Entfernung durch Cepheiden gemessen vurde, eine SN Ia aufleuxtet, kann dize als Ctandardkertse geeixt verden. Es tseigt zix, dass aus dem Ferlauf der Lixtkurve über 15 Tage nax dem Maksimum di bolometrice Helligkeit rext gut bectimmt verden kann. Mit Gl. (1) verden zo Entfernungen für SNs Ia damit aux deren Heimatgalaksien bectimmt, di einige Gpc betragen.
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SN200X








Lord Rosses Cpigelteleskop inn Irland blib 70 Jare lang das gröste der Welt bis es fom Obzervatorium auf dem Mount Palomar inn Kalifornien übertroffen vurde. Dort konnte ap 1919 Edwin Hubble inn 24 Cpiralnebeln Cepheiden identifitsiren unt deren Entfernungen bectimmen. Di Ergebnisse fon Slipher unt Hubble zovi Arbeiten fon Alexander Friedmann tsur Allgemeinen Relativitätsteori fürten Georges Lemaître tsu zeiner Teori des ekspandirenden Kosmos, das inn einem Urknall aus einem Uratom (atome primordial) entctanden zei. Zeine teoreticen Rexnungen begründeten eine Proportsionalität tsviccen der Entfernung d einer Galaksi fon einem belibigen Punkt unt irer Fluxtgecvindigkeit relativ tsu dizem Punkt. Aus forligenden Messergebnissen berexnete er den Proportsionalitätsfaktor. Tsvei Jare cpäter gab aux Hubble einen Vert an für dizen Faktor, der jetst den Namen Hubble-Konstante trägt. Veil di apzolute Helligkeit der Cepheiden bei der Eixung grob untercätst vorden var, varen di berexneten Verte für di Hubble-Konstante tsu gros. Korrigirt man di Entfernungen inn den Messungen fon Hubble und Humason aus dem Jare 1931, zo erhält man das nebenctehende Hubble-Diagramm. Intsviccen verden mit der Zupernova Ia als Ctandardkertse veit grösere Entfernungen gemessen unt Tauzende fon Galaksien mer beobaxtet.

Der heutige Vert für di Hubble Kontante ist ?
?

(4)


?Nax irer Gectalt verden reguläre Galaksien inn drei Gruppen eingeteilt: Ellipsen, Cpiralen unt Balkencpiralen. Di Ellipsen verden veiter unterteilt nax irer Applattung unt di Spiralen nax der Öffnung. Di Skitse tseigt dize Klassifikatsion nax Hubble.

Der mit blosem Auge zixtbare Andromeda-Nebel ist eine Cpiralgalaksi fom Tüp Sb. Andromeda unt Milxctrase (SBb?) zint di beiden grosen Galaksien der lokalen Gruppe, tsu der etva zibtsig Tserggalaksien gehören, darunter tsvei kleinere Cpiralgalaksien.
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Galaksien Klassifikation





Di Milxctrase hat eine Ausdenung fon 0,1Mly (Millionen Lixtjare), di lokle Gruppe fon 10Mly. Di 55Mly entfernte elliptice Rizengalaksi M87 bildet das Tsentrum des Virgohaufens, der eine Ausdenung fon 15Mly hat unt tsu dem etva tsvei Tauzend Galaksien gehören. Hundert bis tsveihundert Galaksienhaufen einclislix der lokalen Gruppe und des Virgohaufens bilden den Virgo-Zuperhaufen mit einer Ausdenung fon 180Mly. Aus der Eigenbevegung einer Galaksi gegenüber den anderen Galaksien eines Haufens erkennt man, op dize Galaksi tsum Haufen gehört, alzo gravitativ an in gebunden ist. Ein Gegenbeicpil ist di Zombrerogalaksi M104, di mit 1000km/s tsviccen der lokalen Gruppe unt dem Virgohaufen durx läuft unt folglix nixt im Virgo-Zuperhaufen gravitativ gebunden ist.

Der Virgo-Zuperhaufen ist zelpst vider Teil eines nox umfassenderen Galaksienhaufen, genannt Laniakea. Zolxe gectrekkten Anzammlungen (Filamente) gravitativ gebundener Galaksienhaufen begrentsen rizige Lerräume (Voids) mit Ausdenungen fon 300Mly, inn denen keine oder kaum eine Galaksi tsu finden ist.
?


?Venn di Masse eines Galaksienhaufens, eines sogenannten Clusters das Lixt einer dahinter ligenden Galatksi aplenkt, encteht ein Einsteinring. Imm Bild markirt o das Gravitatsionstsentrum des Clusters Abell 2218, bei 1 unt 2 ziht man Kreizbögen als Bilder je einer Galaksi unt tsu 3 gehört das fergröserte Bild rexts.

Abell 2218 becteht aus einigen Tauzend Galaksien, zeine Rotfercibung ist z=0,17, zeine Entfernung 2,1⋅10⁹ Lixtjare. Für di Galaksi 1 ist z=0,7, für 2 unt andere blau erceinende gilt 1≤z≤2,5. Rexts zint tsvei Bilder derzelben kleinen Galaksi eingekreizt, di mit z≈7 inn di Tseit gehört, als zix nax dem dunklen Tseitalter, das auf di Rekombinationsepoxxe folgte, di ersten Cterne bildeten.
?
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Abell 2218







Der Einsteinkreiz mit dem Radius R ligt inn einer Ebene zenkrext tsur Linie durx Lixtkvelle, Cluster unt Beobaxter. Di Entfernungen zint aus der Rotfercibung bekannt unt aux der Vinkel tsviccen den Rixtungen tsum Cluster unt tsum Einsteinkreiz kann gemessen verden. Mit einer einfache geometrice Rexnung erhält man daraus den Radius R unt den Vinkel Δφ, um den das Lixt apgelenkt vurde. Aus R unt Δφ vird mit Gleixung (55) inn Kapitel XXXI. Gekrümmte Raumtseit der Schwartzschildradius des Clusters bectimmt unt damit zeine Masse. Dize Masse ist allerdings ein Merfaxxes der Masse, di aus einer Apcätsung nax der Leuxtkraft des Clusters folgt.

Con inn den dreisiger Jaren des forigen Jarhunderts gab es Beobaxtungen, aus denen Astronomen folgerten, dass es inn den Galaksien erheblix mer Masse geben müsse als di zixtbare. Jan Hendrik Oort bectimmte für Cterne der Zonnenumgebung zo grose Gecvindigkeiten, dass dize Cterne aus der Milxctrase fligen müssten, venn deren Masse nixt vezentlix gröser ist als di zixtbare. Etva tsur gleixen Tseit cätste Fritz Zwicky aus dem Lixt des Coma-Galaksienhaufens dessen Masse unt berexnete damit di Gecvindigkeit, mit der eine Galakasi den Haufen ferlassen könnte unt fand einige Galaksien mit höheren Gecvindigkeiten.?Inn den zibtsiger Jarten entdekkte Vera Rubin, dass inn Galaksien di Bangecvindigkeiten der Cterne bei der Rotatsion um das Tsentrum innen ctark ansteigen, aber über den grösten Teil der Galaksi mer oder veniger konstant bleiben. Damit ist di Tsentrifugalkraft über veite Bereixe vezentlix ctärker als di Gravitationskraft der zixtbare Masse. Nax Rubins Rexnungen haben di fon ir unterzuxten Galaksien fünf bis tsen Mal mer dunkle als zixtbare Materie. Di Grafik tseigt als Beicpil di Rotatsionskurve für di izolirte Galaksi NGC 6503.
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Rotatsionskurve
NGC 6503







Man unterceidet bei einer Cpiralgalaksi den Halo, den Bulge unt di Ceibe. Der Halo ist der kugelförmige Bereix, der di gezamte Galaksi umclist, der Bulge ist di Kugel der grösten Cternendixte nahe dem Tsentrum T der Galaksi unt di Cpiralarme bilden di Ceibe. ρ(r) zei di kugelzümmetric ferteilte Massendixte imm Halo in der Entfernung r fon T unt R der Ortsvektor eines Cterns mit der Masse m. Nax Gleixung (16) inn Kapitel XVI Elementare Feldteori übt di Masse des Halo auf den Ctern eine Gravitatsionskraft FG inn Rixtung des Tsentrums aus unt cteht imm Gleixgevixt tsur Tsentrifugalkraft FT.

?mit?
Vird di tsveite Gleixung bei konstantem v nax R differentsirt, zo erhält man?
(5)



(6)


Näher tsum Tsentrum etva imm Bereix bis tsu Tauzend pc väkst di Gecvindigkeit inn etva linear mit der Entfernung fom Tsentrum. Di Vinkelgecvindigkeit ist konstant, di Cterne rotiren zo um das Tsentrum, als op zi tsu einem ctarren Körper gehörten. Inn der tsveite Gleixung fon (5) vird v durx R⋅ω erzetst unt vider vird nax R differentsirt.

?Di Massendixte ρ ist jetst konstant.
Ein ctetiger Übergang der Massendixte fon (7) auf (6) vird becriben durx?
(7)



(8)

Für di Masse bis tur Entfernung R fom Tsentrum folgt?
(9)



Di nötigen Daten tsur Berexnung der Gezamtmasse der Galaksi NGC6503 findet man imm Diagramm irer der Rotationskurve. Di roten Hilfslinien unt deren Cnittpunkt ergeben v unt r₀, als Radius R der Galaksi kann di Entfernung fom Tsentrum genommen verden, di tsum letsten Messergebnisses gehört.

Das Ergebnis entcprixxt 6⋅10⁹ Zonnenmassen. Dagegen erhält man nur 2⋅10⁹ Zonnenmassen aus der Helligkeit fon NGC6503.
?

Di Gecvindigkeiten imm obigen Diagramm vurden aus dem Dopplereffekt der zogenannten HI-Linie des atomaren Vasserctoffs bectimmt. Das ¹H-Atom bezitst tsvei Energinivos je naxdem, op di Cpins fon Proton unt Elektron parallel oder antiparallel gerixtet zint. Das beim 'spin-flip' emittirte oder apzorbirte Foton hat di Vellenlänge 21,1cm unt di Frekvents 1420MHz unt vird in der Radioastronomi beobaxtet. Der tsu dizer Galaksi gehörende Vasserctoff erstrekkt zix über rund 64kpc, värend der optice Durxmesser nur 20kpc beträgt. Unter der Filfalt an Galaksien nax Form unt Masse ist NGC6503 ein unkomplitsirtes Beicpil, das nixt durx nahe Naxbargalaksien gectört vird.

Dunkle Materie, di nax Einsteinringen unt Rotatsionskurven den grösten Teil der Masse im Kosmos darctellt, ist an keiner Vekselvirkung beteiligt auser der Gravitatsion. Deshalb vird angenommen, dass zi con zer früh inn der Entvikklung des Kosmos entctanden ist.


Genau zo vi di Erde als unser Beobaxtungsort kein füzikalisc ausgetseixneter Ort imm Kosmos ist, zint es aux nixt unzer Zonnenzüstem unt nixt unzere Galsksi, di Milxctrase. Apgezehen fon den Galaksien der kosmic näheren Umgebung, di zix vekselzeitig gravitativ antsihen, entfernen zix alle anderen Galaksien fon uns, der Kosmos ekspandirt. Rexnet man nun gants klassic tsurük, van dize Ekspanzion begonnen hat, dan vurde di heutige Entfernung d einer veit entfernten Galaksi mit der 'Fluxtgecvindigkeit' v inn der Tseit T0=d/v=1/H0 tsurükgelegt.

?
(12)


Als Urzaxxe für di Rotfercibung veit entfernter Galaksien gilt heute nixt mer der Doppler-Effekt durx eine 'Fluxtgecvindigkeit', zondern dize kosmologice Rotfercibung erfärt das Lixt durx eine Denung der Vellenlänge, venn es auf dem Veg durx den ekspandirenden Raum untervegs ist. Bei einer konstanten Ekspanzion ist di kosmologice Rotfercibung proportsional tsur Tseit, di das Licht für zeinen Veg braucxt. For T=13,8 Milliarden Jaren entctanden aus einer Zingularität cpontan Raum, Tseit unt Energi.

Zeit fast hundert Jaren (Erich Regener 1933) gab es Verzuxe, di Energidixte imm interctellaren Raum tsu bectimmen. 1940 entdekkte Andrew McKellar inn interctellaren Volken Molekülspektren fon CN unt CH unt bectimmte aus den höxsten angeregten Tsuctänden eine Temperatur fon -271°C. George Gamov fermutete 1948, dass ein Rest der Ctralung des Urknalls imm Mikrovellenbereix als kosmice Hintergrundstralung nox tsu finden zei. 1965 arbeiteten Arno Penzias unt Robert Wilson mit einem ekstrem empfindlixxen Empfänger für Mikrovellen, um neue Radiokvellen imm Veltraum tsu entdekken. Ir Empfänger cin aber blokkirt durx eine 'Ctörctralung', di aus allen Rixtungen kam unt deren Urcprung zi aux nax langvirigem Zuxen nixt fanden. Als zi clislix ir Problem Robert Dicke mitteilten, erkannt dizer, dass es zix um di con lange teoretic behauptete kosmice Hintergrundctralung handelte.

? COBE (cosmic background explorer) ist ein Zatellit der NASA auf einer polaren Umlaufban, mit dem ap 1989 di kosmice Hintergrundctralung (CMB: cosmic microwave background) fermessen vurde. An Bord befand zix ein heliumgekülter Cvartskörperctraler, dessen Vellen mittels eines Michelson Interferometers mit der izotropen Mikrovellenctralung ferglixxen vurde. Es tseigte zix, dass dize Ctralung eksakt der Planckcen Ctralungsformel (Gl: (15)) imm Kapitel XXV. Fotonen entcprixxt. Es ist eine Cvartskörper- oder Holraumctralung.

Imm Diagramm ist di Intenzität S inn Aphängigkeit fon der Frekvents dargectellt. Di Messpunkte veixen inn dizer Darctellung nixt erkennbar fon der teoreticen Kurve ap. Das Maksimum ligt bei 5,3 Vellen pro cm. Mit Gleixung (8) aus dem Kapitel XXV. Fotonen folgt aus fmaks di Temperatur θ der Cvartskörperctralung. ?
(14)

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COBE








Geht man inn der tseitlixxen Entvikklung des Kosmos tsurük, dan nemen di Mittelverte fon Dixte unt Temperatur ctändig tsu bis zi inn tseitlixxer Nähe tsum Urknall ekstreme Verte erreixen. Befor es Cterne, Galaksien unt Cvartse Löxxer gab, bectand der Kosmos aus Fotonen unt neutralen Atomen inn denzelben Anteilen fon Vasserctoff, Helium unt Cpuren fon Lithium, di heute nox inn den interctellaren Gazvolken tsu beobaxten zint. Di Vekselvirkung tsviccen Ctralung unt Materie var ekstrem gering, di freie Veglänge der Fotonen entcprax der Ausdenung des Kosmos. Man sagt, Ctralung unt Materie varen entkoppelt, der Kosmos var durxzixtig. Das gilt noch bei einer Temperatur θ=3000K.
Di mittlere Energi freier Teilxen bei der Temperatur θ ist nax Gl. (15) inn IX. Gazdünamik ?
Das ist etva der hunderste Teil des Ionizirungsenergi des Vasserctoffatoms W⁺=13,6eV, nur di venigsten Fotonen haben ctatistic genügend Energi, um ein Elektron fon einem Atomkern tsu trennen. Frekvents unt Vellenlänge der maksimalen Intenzität der Cvartskörperctralung bei der Temperatur θ=3000K zint

??Di Rotfercibung der kosmicen Hintergrundstralung ist z=1110


Bei einer Temperatur fon rund 310kK ist di mittlere Energi der Teilxen gleich der Ionizatsionsenergi W⁺, Ionizatsion unt Rekombinatsion des Vasserctoffs halten zix di Vage. An den freien Elektronen verden di Fotonen gectreut, der Kosmos ist undurxzixtig. Mit zinkender Temperatur fercibt zix das Gleixgevixt tsugunsten der neutralen Atome. Veil aber di Antsal der Fotonen vezentlix höher ist als di der Elektronen, gibt es aux bei mittleren Energien, di deutlix unterhalb fon W⁺ ligen, nox etlixxe Fotonen, di Vasserctoff ioniziren können. Deshalb ist es üblix, für das Ende der Epoxxe der Rekombinatsion eine Temperatur fon 3000K antsuzetsen. Di kosmice Hintergrundctralung ctammt fom Ende dizer Epoxxe unt enthält Informatsionen über den Tsuctand des Kosmos tsu dizer Tseit. Mit dem ESA-Zatelliten Planck vurde di Temperatur der Hintergrundctralung tsu 2,725K gemessen unt di Apveixungen fon dizem Vert varen inn keiner Rixtung des Himmels gröser als 1‰.

Aber gerade aus der Anizotropi inn der Hintergrundctralung, den zer geringen Unterciden inn der Vellenlänge des Maksimums ctekken Informatsionen über Temperatur- unt Dixtefluktuatsionen, di bei der veiteren Ekspanzion des Kosmos einerzeits tsu Galaksien unt Galaksienhaufen unt andererzeits tsu rizigen leren Blazen, den Voids fürten. Ebenzo vi di Atome der leixtesten Elemente ist aux di dunkle Materie am Ende der Epoxxe der Rekombinatsion con forhanden unt bectimmt aufgrund ires gröseren Anteils di Ferteilung der Massendixte. Con 1966 gab es Fermutungen, dass es beim Urknall nox for jeder Bildung irgendvelxer Masseteilxen durx ctatistice Cvankungen (Kvantenfluktuatsionen) der Energidixte tsu Cvartsen Löxxern kam. Op zolxe primordialen Cvartsen Löxxer (PBH: primordial black holes) ctabil zint oder tserctralen unt op di dunkle Materie follctändig oder teilveize aus PBHs becteht, ist eine offene Frage. Zi könnten Massen fon 10¹²kg unt mer bezitsen unt kleiner als Protonen zein. ?
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cbm Anisotropi







Mit opticen unt radioastronomicen Metoden ist es nixt möglix, veiter über das Ende der Rekombinatsionsepoxxe hinaus Informatsionen tsur Entvikklung des Kosmos tsu gevinnen, eine Rotfercibung z≈1200 ist di obere Grentse für zolxe Zingnale. Aber es gibt anderes, um di forangegangene Entvikklung des Kosmos teoretic tsu erclisen. Nax Eksperimenten der Hoxenergifüzik (LHC Genf, GSI Darmstadt, RHIC New York) ist bei Temperaturen fon 5⋅10¹²K di cvere Materie aufgelöst in ein Plasma aus Kvarks, Gluonen, Leptonen unt Fotonen. Ein zolxes Kvark-Gluon-Plasma, inn dem zix Kvarks frei bevegen, kommt m öglixxerveize aux imm Innern fon Neutronencternen for. Venn tsu Beginn des Kosmos di Temperatur mit der Ekspanzion zinkt, kondenziren di Kvarks tsu Hadronen unt Mezonen der Materie unt Antimaterie, di aber inn kürtsester Tseit mit einander tsu Fotonen tserctralen. Am Ende dizer Hadronen-Ära bleibt ein geringer Rest fon Neutronen unt Protonen imm Ferhältnis 1:1 inn einem Otsean fon Fotonen übrig, värend di Hadronen unt Mezonen der Antimaterie aus ungeklärter Urzaxxe follctändig fercvunden zint. Da di Dixste nox ekstrem hox ist, zint di Apctände tsviccen den Teilxen für di geringe Reixveite der cvaxxen Vekselvirkung ausreixend kurts, zodas zix ein termices Gleixgevixt tsviccen der Antsal nN der Neutronen mit der Ruhenergi wN unt nP der Protonen mit wP ausbilden kann.
Nax Gl. (12) inn Kapitel X. Teilxen-Ctatistik gilt
(für den Freiheitgrad 1 ctat 3!)
?
(18)


Venn bei rund 1,8⋅10¹⁰K di Dixte auf einen Vert zinkt, bei dem di cvaxxe Vekselvirkung das termice Gleixgevixt tsviccen Neutronen unt Protonen nixt mer aufrext erhalten kann, ist das Ferhältnis nN:nP nax Gleixung (18) gleix 1:6. Di Neutrinos entkoppeln, di Protonen zint ctabil, aber di Neutronen tserfallen mit der Halbvertstseit tH=600s inn Protonen. Värend für di forangegangene Entvikklung des Kosmos bis tsum "Ausfrieren" der cvaxxen Vekselvirkung nur Bruxxteile fon Zekunden nötig zint, geht es jetst inn Tseiten fon Zekunden unt Minuten veiter.

?

Bei der Temperatur fon 1,8⋅10¹⁰K ist di mittlere Energi der Fotonen rund 1,2MeV unt ist damit deutlix geringer als di Bindungsenergien der leixten Atomkerne mit Massentsalen bis z=7. Veil aber di Antsal der Fotonen um etlixxe Grösenordnungen höher ist als di der Protonen unt Neutronen, gibt es immer genügend Fotonen, deren Energi ausreixt, um neugebildete Atomkerne zofort tsu cpalten. Erst venn di mittlere Energi auf 0,1MeV gezunken ist, bleiben Deuterium- unt Tritiumkerne lange genug erhalten, um über di Reaktsion ²H+³H=⁴He+¹n zer ctabile Heliumkerne tsu bilden. Helium entcteht aux durx andere Reaktsionen unt es entcteht Lithium inn zer geringen Mengen. Aber dafon apgezehen findet man fast alle Neutronen inn den Heliumkernen.
Es zint nN/2 Heliumkerne unt (nP-nN) Vasserctoffkerne entctanden. Für di Massen gilt ?
(20)


Mit nP:nN=7,4 erhält man für den Massenanteil des Heliums an der Gezamtmasse des Kosmos den Vert 24%. Das ctimmt mit den Beobaxtungen überein.


Di Rotfercibung entfernter Galaksien als Ekspanzion des Kosmos,
di kosmice Hintergrundctralung als Überbleibsel aus der Rekombinatsionsepoxxe unt
di Masse des Heliums imm Ferhältnis tsur Masse des Vasserctoffs als Ergebnis der primordialen Nukleozünteze
verden allgemein als ctarke Hinveize auf di Entctehung des Kosmos aus einem dichten, heisen Kvark-Gluon-Plasma angezehen.
Vi es tsu dizem Plasma kam, darüber darf cpekulirt verden.

Velxe Kraft den Kosmos auseinander treibt, ist ein ungelöztes Rätsel. Datsu gibt es bisher nixt einmal eine Ide sondern nur einen Namen: Dunkle Energi.


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