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Sterne-Lebenszyklus-Wurmloecher
Günther Hasinger, Direktor am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, schrieb 2007:
Grob 10100 Jahre nach dem Urknall dürften sämtliche Strukturen aus unserem Universum verschwunden sein.
Falls die Expansion des Raumes bis dahin — heutiger Annahme entsprechend — exponentiell zugenommen haben sollte,
- wird die mittlere Materiedichte — die heute bei etwa 1 Proton/m3 liegt — dann auf etwa 1 Positron im 10194-fachen Volumen des heutigen Universums abgefallen sein.
- Die Wellenlänge der kosmischen Hintergrundstrahlung — heute etwa 1 mm — wird dann 1041 Lichtjahre betragen.
Unser Universum wird wieder in dem Zustand sein, aus dem heraus es entstand: Es entstand aus dem » Nichts « und verflüchtigt sich zurück ins » Nichts «. Nur dass dieses » Nichts « [ auch falsches Vakuum genannt ] der höchste Energiezustand ist, den wir Physiker kennen.
John D. Barrow erklärt (2011):
Wenn Sterne, deren Masse kleiner als das 1.4-fache der Sonnenmasse ist, ihren nuklearen Brennstoff verbraucht haben, schrumpfen sie unter der Wirkung ihrer Gravitation auf Erdgröße zusammen. Erst der Gegendruck, der entsteht, wenn die Elektronen der Atome zusammengepresst werden bringt diesen Schrumpfungsprozess zum Stillstand. Resultat ist, was wir einen Weißen Zwerg nennen.
Für Sterne, die mehr Masse als das 1.4-fache der Sonne haben, kann der Gegendruck der Elektronen den Zusammensturz nicht aufhalten: Sie werden in die Protonen gedrückt und machen jene zu Neutronen. Erst deren Entartungsdrck bringt den Zusammensturz zum Halten, sofern der Stern nicht das 3-fache der Sonnenmasse hat. Resultat ist ein Neutronenstern, der nur einige Kilometer Durchmesser hat, aber eine Dichte, die 100 000 Milliarden Mal größer ist als die von Eisen.
Weiße Zwerge und Neutronensterne sind im beobachtbaren Universum recht häufig anzutreffen.
Da Neutronensterne schnell rotieren, sind sie Pulsare: Sterne, die wirken wie Leuchttürme, deren jeder in regelmäßigen Abständen Lichtsignale aussendet.
Hat nun aber der sterbende Stern ein Masse, die größer ist als das 3-fache der Sonnenmasse, gibt es keine bekannte Kraft, welche den Zusammensturz aufhalten könnte: Er wird dann zu einem Schwarzen Loch.
Etwa die Hälfte aller Sterne im beobachtbaren Universum sind Doppelsterne, die ihr gemeinsames Gravitationszentrum umkreisen. Wird einer der beiden zu einem Weißen Zwerg, kann er auf Kosten des Partners anwachsen, indem er aus den Außenbereichen seines Bruder Materie absaugt. Das kann dazu führen, dass seine Masse die Grenze von 1,4 Sonnenmassen überschreitet und der Stern in einer dramatischen thermonuklearen Explosion — Supernova genannt — zerrissen wird.
Interessanterweise ist die maximale Helligkeit aller Supernovae nahezu gleich groß. Sie strahlen dann kurze Zeit mehr als 1 Milliarde Mal heller als die Sonne (fast so hell wie eine ganze Galaxie).
Nach der Explosion nimmt die Helligkeit ab, und in den daraf folgenden Monaten verändert sich auch die Farbzusammensetzung des abgestrahlten Lichtes in ganz charakteristischer Weise: Die Form der Helligkeitskurve wird in den ersten Tagen und Wochen durch den radioaktiven Zerfall von Nickel bestimmt, danach aber durch den Zerfall von Kobalt.
1998 haben zwei Forscherteams (aus Harvard und Berkeley) das Verhältnis der maximalen Helligkeit und des Abfalls der Helligkeitskurve verschiedener Supernovae genau untersucht und konnten von da an auf deren Abstand von der Erde schließen.
Sie nützten zu Zeiten des Neumondes machtvolle Teleskope, um enige hundert Ausschnitte des Nachthimmels mit jeweils etwa 1000 Galaxien zu beobachten. Eine Wiederholung dieser Beobachtung nach 3 Wochen ergab, dass sich in der Zwischenzeit in jedem der Bereiche etwa 25 Supernovae gebildet hatten. Es stellte sich heraus,dass die Helligkeitskurven der ferner Supernovae denen der nahen gleichen Typs ähnlich sind, woraus man dann schließen konnte, dass die Supernovae am Rande des beobachtbaren Universums den uns nahen gleichen und ihre geringe scheinbare Helligkeit einzig und allein durch ihre große Entfernung von uns zustandekam.
Nachdem beide Gruppen ihre Daten zusammen betrachtet hatten, kamen sie unabhängig von einander zum selben Ergebnis, welches lautet:
Das Hubblesche Gesetz für die Expansionsgeschwindigkeit der fernen Supernovae zeigt einen Trend, der beweist, dass die Geschwindigkeit, mit der der Raum expandiert, zunächst langsam zurückging, seit etwa 4.5 Mrd. Jahren aber wieder anwächst.
Die Konsequenzen dieser Entdeckung waren immens.
- Man hatte jetzt nicht nur einen direkten Beweis der Beschleunigung der Expansion des Raumes,
- sondern auch eine Bestätigung des Lambda-CDM-Modells
- sowie einen Beweis dafür, dass eine der Gravitation entgegenwirkende Kraft tatsächlich existiert.
Wenn man Einsteins Kosmologische Konstante (nun mit fast genau dem Wert –1) wieder einsetzt, wird sein Modell zu dem, welches bisher am genauesten die Dynamik unseres Universums beschreibt.
Harald Lesch ( in Wie das Staunen ins Universum kam, 2016, S. 141-148 ):
Vor 4,6 Mrd. Jahren wuchs im Inneren einer in sich zusammenstürzenden Gaswolke unsere Sonne heran.
Ein Teil des Gases konzentrierte sich um den jungen Stern in Form einer flachen, um ihn rotierenden Scheibe aus Gas und Staub. Sie war deutlich masseärmer als die gerade entstehende Sonne und reichte bis auf etwa 15 Mrd. Kilometer in den Raum hinaus.
Alle Planeten entstanden in dieser Scheibe, und so bewegen sie sich bis heute in nahezu ein und derselben Ebene um die Sonne.
Planetenentstehung läuft in zwei Phasen ab:
In Phase 1 beginnt die Entwicklung mit zufälligen Zusammenstößen der anfangs gleichmäßig in der Scheibe verteilten Staubpartikel. Sie bilden Klümpchen, die schließlich zu Klumpen und immer größeren Brocken heranwachsen. Diese sog. Planetesimale können schon mal einige Hundert Kilometer Durchmesser haben. [Nebenbei: Was hier als » Staub « bezeichnet wird, sind in früheren Sternen erbrütete Atome scwerer als Wasserstoff und Helium. Vor allem Supernovae haben sie in den Raum hinaus geblasen.]
In Phase 2 vereinigen sich diese "Planetenembryonen" durch Zusammenstoß zu noch größeren Objekten, die umso schneller wachsen, je massereicher sie schon sind. Ihr Wachstum ist beendet, wenn — so etwa nach 100 Mio Jahren — fast aller Staub verbraucht ist: Merkur, Venus, Erde und Mars sind geboren.
Gasplaneten können sich nur in den äußeren Bereichen der Scheibe bilden. Dort nämlich ist die Temperatur hinreichend niedrig, so dass die Schwerkraft der Felsenkerne Gasmoleküle festhalten kann. Die Kerne der äußeren Planeten sammeln so große Mengen an Gas an. Jupiter etwa wuchs in nur etwa 1 Mio Jahre auf 317 Erdmassen an. Er wurde doppelt so schwer wie alle anderen Planeten zusammen.
Die Planeten, die heute noch im Sonnensystem existieren, sind die Gewinner der vielen Zusammenstöße am Anfang.
Man beachte: Alle Körper, die auf stark elliptischen Bahnen durchs Sonnensystem vagabundieren, hatten eine viel größere Wahrscheinlichkeit, mit anderen zu kollidieren. Daher sind sie längst verschwunden. Nur noch kleine Felsbrocken durchkreuzen als Kometen oder Asteroiden das Sonnensystem auf ausgeprägt elliptischen Bahnen. Die übrigen Planeten aber haben nahezu kreisförmige Bahnen (maßstabsgetreu auf ein Blatt DIN A4 gezeichnet würde man sie gar nicht mehr als elliptisch erkennen). Nahezu kreisförmige Bahnen geben dem Sonnensystem Stabilität und garantieren, dass es das jeweils ganze Jahr über auf keinem dieser Planeten allzu großen Temperaturschwankungen auftreten — eine wichtige Voraussetzung dafür, dass sich dort Leben entwickeln kann.
Man geht heute davon aus, dass Planetensysteme sich erst zu bilden begannen, nachdem das Universum schon etwa 9 Mrd. Jahre alt war:
Die Beobachtungen von extrasolaren Planetensystemen (natürlich alle in unserer Milchstraße) weisen ganz klar darauf hin, dass nur Sterne, die mindestens so viel schwere Elemente wie unsere Sonne enthalten — also keinesfalls älter sind als sie —, von Planeten umkreist werden. Möglicherweise ist unser Sonnensystem sogar eines der ältesten Planetensysteme in der Milchstraße.
Black holes are macroscopic objects with masses varying from a few solar masses to millions of solar masses. To the extent they may be considered as stationary and isolated, to that extent, they are all, every single one of them, described exactly by the Kerr solution. This is the only instance we have of an exact description of a macroscopic object. Macroscopic objects, as we see them all around us, are governed by a variety of forces, derived from a variety of approximations to a variety of physical theories. In contrast, the only elements in the construction of black holes are our basic concepts of space and time. They are, thus, almost by definition, the most perfect macroscopic objects there are in the universe. And since the general theory of relativity provides a single unique two-parameter family of solutions for their descriptions, they are the simplest objects as well. |