Adventskalender Türchen 9: Vom Urknall bis kurz danach (Teil 1)

Besonders im Winter, wenn es früh dunkel wird, richten wir bei klarem Wetter den Blick in den Himmel und schauen fasziniert zu den Sternen. Unendlich scheint das Universum. Doch wie ist das Universum entstanden und welche Kräfte wirkten dabei?

Das Universum in seinen Kinderschuhen. Alles, was je passiert ist sowie existiert hat und existieren wird, hat hier seinen Ursprung. Ein Bündel aus Energie – um ein Vielfaches kleiner als ein Atom…

…der Urknall!

13,8 Milliarden Jahre ist es nun her, dass das Energiebündel explodierte. Es handelte sich jedoch nicht um eine Explosion, wie wir sie uns vorstellen, mit Feuer (ganz dramatisch!). Es handelte sich vielmehr um einen explosionsartigen Beginn einer Expansion — eine Expansion, ohne die es die Welt, wie wir sie kennen, nicht gäbe. Nicht einmal uns. Um es anders auszudrücken: Ohne diese Expansion könnten wir uns jetzt nicht einmal die Frage stellen: Was war nun eigentlich nach dem Urknall?

Innerhalb von nur einer Sekunde war der billiarden-billiarden heiße Urknall auf eine Größe der Strecke von der Erde bis zum Mond expandiert. 380.000 Jahre ließ sich das Universum dann Zeit und kühlte ab. Es herrschte ein dichter Nebel aus Elektronen und Lichtteilchen, die zwischen Atomkernen umherpendelten. Durch die nun weiter voranschreitende Expansion hatten die Lichtteilchen Platz und konnten sich von überall überall hinbewegen. Die Materieteilchen hatten nun ebenfalls genug Platz,um zu ganzen Atomen zu fusionieren.

Wir haben es alle mal im Physikunterricht gelernt, welches das Atom ist, das den einfachsten Aufbau hat? Naaaaaa, wisst ihr es? Es ist das Wasserstoffatom! Wasserstoff ist im Grunde die Energie unseres Universums! Aus Wasserstoffatomen bildete sich dann Helium, aus Helium dann ….. usw. Man kann also festhalten, dass Wasserstoff eine Art Aufbauspieler unseres Universums ist.

Am Rande wäre es eventuell wichtig zu wissen, dass nicht jedes Element bereits zu dieser Zeit entstanden ist. Inzwischen werden diese in sogenannten „Sternenfabriken“, also im Inneren von Sternen durch Kernreaktionen (wie Fusionen etc.) hergestellt.

Aber halt! Wenn es so einfach wäre, dann würden wir hier nicht über Physik sprechen. Denn auf den Punkt der Entstehung der Elemente werden wir später zurückkommen.

Zurück zum Thema: Wir wissen, dass der Urknall ein Bündel aus Energie war, der auf ein sehr kleines Volumen zusammengepresst war. Wir wissen, dass dieses Bündel eine enorm hohe Dichte hatte. Wir kennen das erste Atom: Wasserstoff. Und jetzt? Was wollen wir mit diesen ganzen Informationen?

Ich will an dieser Stelle anmerken, dass diese vielen Details nur dazu da sind, ein besseres Verständnis des Universums zu bekommen. An alle, die sich nach Antworten oder vermeintlichen Antworten sehnen, die sollen von diesem Moment an besser aufpassen, denn nun sprechen wir über Details der Entstehung des Universums. An alle anderen, schön dass ihr bis hierher gelesen habt, nicht jeden interessiert nun mal der Ursprung des Seins.

Wir machen nun einen kleinen Zeitsprung von 300 Millionen Jahren. Unter dem Einfluss der Gravitation ballen sich Wolken aus Gas und Staub. Hier kommen wieder unsere guten Freunde, die Wasserstoffatome, ins Spiel. Denn wie schon erwähnt, bildeten sich in diesen Wolken durch sehr viel Druck und Hitze Heliumatome. Dabei wurden riesige Mengenan Energie freigesetzt. Die Geburtsstunde der ersten Sterne.

Es werde Licht!

Doch der eigentliche Grund, dass die Sterne entstanden, ist eben doch die Schwerkraft. Die Schwerkraft ist die schwächste aller physikalischen Kräfte, jedoch ist sie UNABSCHIRMBAR. Das bedeutet, dass sie IMMER im GANZEN UNIVERSUM wirkt.

(Zurück zur Entstehung der Sterne) Die Schwerkraft sorgte dafür, dass die Gaswolken immer dichter werden, dafür gibt es jedoch eine Voraussetzung, die Materie der Gaswolke darf NICHT komplett gleichmäßig verteilt sein. Dies ist zum Glück eigentlich immer der Fall. Somit kann unter dieser Bedingung der gravitative Kollaps starten.

Wenn eine Gaswolke aufgrund ihrer eigenen Anziehung schrumpft, führen zufällige Bewegungen der einzelnen Gasatome und -moleküle unweigerlich zu einer Rotationsbewegung der gesamten Wolke. Dadurch verformt sich die Wolke in der Umgebung des heranwachsenden Protosterns im Zentrum zu einer flachen Materiescheibe, der sogenannten Akkretionsscheibe. Aus den Resten einer solchen Akkretionsscheibe in der Umgebung der heranwachsenden Sonne ist vor rund 4,6 Milliarden Jahren übrigens unser Planetensystem inklusive der Erde entstanden.

Am Anfang mag eine solche Akkretionsscheibe einen Durchmesser von etwa 300 Milliarden Kilometer aufweisen – etwa 2000-mal die Entfernung zwischen Sonne und Erde. In dieser Scheibe bildete sich ziemlich bald eine typische Doppelspirale aus, wie sie auch – in deutlich größerem Maßstab – von vielen Spiralgalaxien her bekannt ist. Allerdings sorgt die von außen nachströmende Materie dafür, dass sich innerhalb dieser dichteren Spiralregionen neue „Sternkeime“ entwickeln. Diese beanspruchen einen Teil des nachrückenden Gases für sich und wachsen so zu „konkurrierenden“ Protosternen.

Begünstigt wird diese Entwicklung zum einen dadurch, dass deutlich mehr Materie von außen zuströmt, als der Zentralstern „verdauen“ kann. Darüber hinaus setzt bei der höheren Materiedichte innerhalb der Spiralstruktur ein weiterer Kühlungsprozess ein, der die Verklumpung der Materie dort erleichtert. Entsprechend blieb die Entwicklung nicht bei einem Sternenpaar stehen, sondern ließ auch noch weitere Mitglieder heranwachsen.

Ein Modell der Galaxienentstehung geht davon aus, dass sich die ersten Gaswolken durch Rotation zu Spiralgalaxien entwickelt haben. Elliptische Galaxien entstanden nach diesem Modell erst in einem zweiten Stadium durch die Kollision von Spiralgalaxien.

Nebenbei erwähnt handelt es sich bei der Milchstraße um eine Balkenspiralgalaxie.Diese Balkensprialgalaxie wird so genannt, da es eine Spiralgalxie ist, welche von einem mehr oder weniger geraden Band an hellen Sternen durchlaufen wird. Wie ein Balken eben.

Wie es weitergeht, erfahrt ihr übermorgen in Teil 2. Dort informiert uns Herr Köhler als Experte in einem Interview.

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