Beobachtungstipp im Juni 2019

Update für "Kosmologie 2.0" könnte man sagen, vielleicht auf "Kosmologie 2.1". Also der ganz große Wurf einer neuen Denkrichtung ist es also nicht, der nun folgt. Aber ein kleiner Schritt in Richtung tieferes Verständnis des Weltalls. Aber nun mal von vorne. Was bisher geschah: Die Geschichte der Kosmologie ist eine Geschichte der Umbrüche. Waren es in der Frühzeit Naturgeister, die den Kosmos und die Natur beherrschten, so begannen die Menschen des Altertums die Gesetze des Kosmos zu erforschen. Aristoteles, Archimedes und Co. gaben sich mit der Arbeit der Naturgeister nicht mehr zufrieden. Die Wissenschaft zog in das Weltgebäude ein und die Erkundung nach den Gesetzen des Kosmos begann. Das geschah zwar nicht immer "geradeaus" und so manche Vorstellung musste ad acta gelegt werden, dennoch glauben wir der Wahrheit über den Kosmos, das Universum und den Rest bis heute recht nahe gekommen zu sein. Immerhin betreiben die Menschen seit etwa 500 Jahren "richtige" Astronomie. Die Astronomen sind über die "Lösung 42" schon etwas hinaus, behaupten sie. Es ist aber schon vermessen zu sagen, dass das stimmt. Der größte Teil des Kosmos ist unbekannt. Nach aktuellen Modellen kennen wir gerade mal maximal 5% des Universums, also der Teil, den wir direkt erleben können, Sterne, Atome, Strahlung und so weiter, Dinge der alltäglichen Physik. In den 1980'er Jahren gab es eine kleine Überraschung. Es fehlte Materie! Bei der Beobachtung der Rotation von Galaxien passte etwas nicht. Sie waren zu schnell für die beobachtete Materie. Die Galaxien hätten ihre Sterne wie Rasensprenger im Weltall verteilen müssen. Es wurde der Begriff der Dunklen Materie eingeführt und dunkel ist sie bis heute geblieben. Im aktuellen Modell gibt es 5 mal mehr dunkle Materie als bekannte Materie. Der Anteil wird mit 27% beziffert. Aber damit nicht genug. In den 1920'er Jahren kam es zu der spannenden Erkenntnis, dass das Universum nicht statisch sein würde. Die beobachteten Galaxien scheinen alle die Flucht vor uns ergriffen zu haben. Dafür gibt es eigentlich keinen Grund. Die Galaxien sind so weit von uns entfernt, dass wir ihnen niemals was anhaben könnten. Und viele von den Galaxien wissen noch gar nichts von unserer Existenz. (Genau genommen sind wir schon dem Andromedanebel völlig unbekannt.) So wurde das Modell des expandierenden Kosmos entworfen, der aus einem Uratom entstanden ist. Ein Urknall manifestierte aus reiner Energie alles was uns umgibt, auch die dunkle Materie. Das Tolle an der Geschichte ist, dass wir das Nachglühen dieses Urknalls noch als Hintergrundstrahlung beobachten können. Das Universum ist aber in der langen Zeit seiner Existenz bereits auf über -270°C abgekühlt. Seit dieser Entdeckung versuchen die Astronomen, die Expansionsgeschwindigkeit des Universums zu messen. Das gestaltete sich in der Vergangenheit als ein sehr schwieriges Unterfangen. Man bestimmte die Entfernung der Galaxien und zeichnete sie gegen die Fluchtgeschwindigkeit auf. Heraus kam ein Wert von 50 bis 100 km/s pro Megaparsec (ein Megaparsec sind 3,26 Millionen Lichtjahre). Weitere Beobachtungen und verfeinerte Verfahren durch Beobachtungen von Supernovae oder hellen Veränderlichen Sternen lieferten genauere Werte von 60 bis 75 km/s pro Megaparsec. In den 1990'er Jahren kam es dann zu einer Krise. Es sah so aus als ob ferne Galaxien bis zu 25% lichtschwächer waren als es ihre Entfernung hätte erwarten lassen können. Entweder waren die Galaxien weiter entfernt oder sie waren zu schnell. Das Modell wurde erweitert um eine Beschleunigung der Expansion. Das Universum dehnt sich aus und es wird dabei immer schneller. Eine Dunkle Energie treibt es an. Dunkel, weil die Astronomen deswegen im Dunklen tappen. Und diese Energie macht einen Anteil von 68% am Universum aus. Fassen wir den Stand der Dinge also noch mal kurz zusammen, unser Universum 2.0: Wir leben in einem expandieren Universum, bestehend aus 68% dunkler Energie, 27% dunkler Materie und 5% bekannter Materie. Die Expansionsgeschwindigkeit überspannt einen Bereich von 67 bis 77 km/s pro Megaparsec, je nach Messmethode. Die Messung des kosmischen Strahlungshintergrundes ergibt eine Expansion von 67 km/s pro Megaparsec. Bestimmungen von Supernovae und Veränderlichen Sternen kommen eher zu einer Expansionsgeschwindigkeit, besser als Hubble-Konstante bekannt, von 75 km/s pro Megaparsec. Das ist bisher kein Grund gewesen von dem weit akzeptierten Urknallmodell abzuweichen, dennoch sind die Astronomen nicht glücklich damit. Daher jetzt das Modell 2.1.

Ein Team italienischer Astronomen untersuchte eine neue Methode der Entfernungsbestimmung bei fernen Quasaren. Quasare sind helle Kerne weit entfernter Galaxien, deren Licht viele Milliarden Jahre zu uns unterwegs ist. Im Herzen dieser Galaxien findet man Schwarze Löcher, die aktiv sind und deswegen die Leuchtkraft aufbringen, weswegen wir sie heute beobachten können. Ein Teil des Lichtes wird dabei in Röntgenstrahlung umgewandelt. Dabei spielen Magnetfelder eine große Rolle, die die Umgebung um das schwarze Loch aufheizt. Ein ähnlicher Effekt ist von der Sonne bekannt. Die Korona der Sonne ist ebenfalls sehr heiß. Und hier fanden die Astronomen eine Abhängigkeit von Röntgenstrahlung und Leuchtkraft des Quasars. Diese Beziehung erweitert die Möglichkeiten der kosmischen Entfernungsleiter. Die Untersuchung von 1.600 Quasaren enthüllte die neue Entdeckung. Die ältesten Quasare scheinen die dunkle Energie gar nicht zu spüren. Im frühen Universum spielte die dunkle Energie keine große Rolle. Bisher ist man von eigentlich einer konstanten Wirkung ausgegangen. Diese Erkenntnis lässt dann die verschiedenen Werte der Hubble-Konstanten in einem anderen Licht erscheinen. Die Hubble-Konstante ist nicht konstant. Sie verändert sich. Die Beschleunigung des Universums nimmt zu, so die neue Erkenntnis. Damit könnte auch die Zukunft des Universums besiegelt sein. Das Universum würde auf immer expandieren und vielleicht zerreißen. Sollten sich die Beobachtungen der Astronomen bestätigen, müssten die Kosmologen einen anderen Blick auf die Dunkle Energie werfen. In der Vergangenheit wurde diese gerne mit Einsteins Kosmologischer Konstante beschrieben, also jener Kraft, die der Gravitation entgegenwirkt und den Kollaps des Universums verhindern soll. Einstein führte diese Konstante ein, um ein stabiles Universum zu erhalten, weil die Allgemeine Relativitätstheorie ein Universum schaffen würde, welches nicht stabil war, wohlmöglich kollabieren würde. Mit der Urknallthese verwarf er die Idee einer "Antigravitation", weil ein expandierendes Universum zunächst ohne Kosmologische Konstante auskam. Erst in den 1990'er Jahren wurde sie wieder hervorgekramt als man die Dunkle Energie entdeckte. Vielleicht hat sie jetzt endgültig ausgedient. Man kann gespannt sein, wie die Kosmologie des 21 Jahrhunderts am Ende aussieht.

Clear Skies,
Christian Overhaus