Die blaue Fläche über unseren Köpfen, die scheint so flach und ist doch so unergründbar. Schon die alten Griech*innen haben versucht, den Himmel zu begreifen, die Astrophysik nimmt sich seit Jahrtausenden den großen Fragen an und ist dabei doch meist etwas nebulöser als verhofft.
egoFM Vicky, Astrophysik Laiin, hat einmal versucht, grundlegende Phänomene des Kosmos zu erklären:
Pluto, der verlorene Planet
Kennst du den Spruch hier noch? "Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unsere neun Planeten "Äh, unseren Nachthimmel? In dem Merkspruch, in dem die Worte den Anfangsbuchstaben der Planeten Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun entsprechen und den wir uns - in weiser Voraussicht auf seine Relevanz - wahrscheinlich alle noch im Erdkundeunterricht in unser Hirn hämmern durften. In dem waren die "neun Planeten" plötzlich einfach nur noch "der Nachthimmel". Wohin war Pluto verschwunden?
Von vorn: Pluto galt 76 Jahre lang als der neunte Planet im Sonnensystem - bis 1992. Von da an wurde sein Status infrage gestellt. Warum? Mit ca. 2.300 km Durchmesser ist er halb so klein wie der Merkur - der kleinste Planet unseres Sonnensystems. Um aber ein Planet zu sein, müssen die Himmelskörper groß genug sein, dass sie durch ihre Anziehungskraft ihre eigene Umlaufbahn säubern können - und zwar von anderen Himmelskörpern. Im Jahr 2006 war man sich dann sicher - der arme Pluto, der ist zu klein dafür. Sein Status wurde ihm kurzer Hand aberkannt. Von nun an galt Pluto nur noch als Zwergplanet, der mit vier weiteren seiner Art im Kuiper-Gürtel beharrlich seine Runden dreht.
40 Trillionen Schwarze Löcher & die Spaghettisierung
Ein Schwarzes Loch ist ein Objekt, dessen Masse sich auf ein extrem winziges Volumen konzentriert. Heißt: Es ist sehr kompakt und hat in seiner Umgebung eine so starke Gravitation, dass nicht einmal Licht durchkommt. Also weder durch noch raus. Und weil sich das Licht nicht durchkämpfen kann, sieht ein Schwarzes Loch aus wie… ja - ein Schwarzes Loch eben - es ist unsichtbar. Und wie entdecken Forscher*innen diese Schwarzen Löcher dann, wenn sie nicht sichtbar sind?
Ganz einfach: Sie sammeln Hinweise, mit denen sie auf ihre Existenz schließen können. Ein Teleskop beispielsweise gibt uns die Möglichkeit, die Strahlung zu sehen, die entsteht, wenn Materie in ein Schwarzes Loch stürzt. Dieses schwarze Schwerkraftmonster hat dann quasi einen heiligen Schein. Die Materie, welche sich diesem nähert, ein Stern beispielsweise, wird dabei spaghettisiert. Spaghettisieren bedeutet, dass der Stern einfach in die Länge gezogen wird und dann in dünne Fäden aus Materie zerfällt - wie Spaghetti eben - bevor er für immer im dunklen Äther verschwindet. In Schwarzen Löchern läuft die Zeit übrigens anders als im restlichen Universum, weil sich die Löcher trotz ihrer riesigen Masse nicht ausbreiten können. Dadurch verzerren sie - nach den Gesetzen der Physik zumindest - Raum und Zeit. Eh klar, oder?
Das größte Schwarze Loch in unserer nächsten Nähe ist Sagittarius A*. Es liegt in der Mitte unserer Milchstraße und hat die Masse von 4 Millionen Sonnen. Gut, was das bedeutet, wissen wir auch nicht, denn wie viel eine Sonne wiegt, können wir uns nicht vorstellen. Es muss aber unglaublich viel sein.
Astrophysik in 90 Sekunden: Pluto
Der verlorene Planet
Astrophysik in 90 Sekunden: Schwarze Löcher
40 Trillionen Schwarze Löcher & die Spaghettisierung
Astrophysik in 90 Sekunden: Der Urknall
Der Beginn von allem
Astrophysik in 90 Sekunden: Kosmischen Strings
Kosmische Schwangerschaftsstreifen
Astrophysik in 90 Sekunden: Die Stringtheorie
Die Weltformel finden
Der Beginn von allem
Der Beginn von allem war der Urknall - laut einer Theorie zumindest. Nur was zur Hölle ist das überhaupt? Dieser Urknall? Laut etwaigen Enzyklopädien ist der Urknall der Beginn des Universums, also der Anfangspunkt der Entstehung von Materie, Raum und Zeit. Und der ereignete sich laut der Wissenschaft vor ungefähr 14 Milliarden Jahren. Damals war der Kosmos unglaublich klein und unglaublich heiß - die Energie war also stark komprimiert. Innerhalb von Sekundenbruchteilen explodierte diese - wodurch auch immer ausgelöst - und dehnte sich in unendlicher Geschwindigkeit aus. Das Universum, zumindest wie wir es meinen zu kennen, mit seinen Planeten, Sternen und Galaxien entstand.
Und es dehnt sich noch immer aus. In den 1920er-Jahren erkannten Astronom*innen, dass sich die Galaxien von uns entfernen. Daraus leiteten sie ab, dass das Universum expandiert. Nur wie viele Universen gibt es? Und was heißt das überhaupt? Was war vor dem Urknall? Und was kommt danach? Das und der Urknall selbst sind alles nur Hypothesen. Fragen, die selbst die renommiertesten Wissenschaftler*innen oder auch der Glaube an etwas Göttliches nicht beantworten können. Ein neuer Versuch, dieser Antwort näher zu kommen, ist das James-Webb-Weltraumteleskop, welches im Dezember 2021 losgeschickt wurde, mit dem Ziel, das junge Universum zu erforschen. Das Teleskop soll das Licht respektive die Infrarotstrahlung der ersten Galaxien einfangen. Inwiefern das unser Denken und unsere Vorstellungen über die Entstehung des Universums verändern wird, ist unklar. Die Frage ist nur, ob wir dieses Wunder namens Kosmos überhaupt verstehen wollen. Oder ob es nicht vielleicht schöner wäre, sich einfach einer Kraft sicher zu sein, die stärker und größer ist als alles, was wir uns vorstellen können.
Universe digitally squeezed into one image • a logarithmic illustration starting with the solar system, and ending with the cosmic background radiation of the big bang • created by Pablo Carlos Budassi from @NASA and Princeton images c 2017 pic.twitter.com/Z18RrTLf8Q
Unser Kosmos soll Risse haben und das seit dem Urknall anscheinend. Aber wie ist das Universum gerissen? Und was ist dahinter? Die sogenannten kosmischen Strings sind wahrscheinlich Stellen im Weltall, an denen das Universum ein wenig kaputt ist - vermeintliche Reste aus einer Zeit unmittelbar nach dem Urknall. Sie sind extrem dünn und dafür unendlich lang. Und wenn wir sagen unendlich, dann meinen wir das so. Setzt man sie in einen Vergleich mit der Sonne, dann wäre ein kosmischer String immer noch nicht dicker als ein menschliches Haar. Dafür wären sie unbeschreiblich schwer: Ein einziger Zentimeter eines kosmischen Strings würde zehn Billiarden Tonnen wiegen.
Die Kosmolog*innen glauben, dass ursprünglich etwa 80 Prozent der Risse unendlich lang waren und die übrigen 20 Prozent riesige Schleifen bildeten, so groß wie ganze Galaxien. Mittlerweile hat sich jedoch das Universum stark ausgedehnt und der größte Teil der unendlich langen Fäden wäre von der Erde aus nicht mehr beobachtbar.
Sollte es diese komischen Fäden tatsächlich geben, so könnten sie dazu beitragen, beispielsweise die Eigenschaften der Urmaterie besser zu verstehen. Und die Entstehung von Galaxien zu erklären. Und die kosmische Strahlung. Und, und, und … die Liste ist lang. Wir könnten also enorm viel von ihnen lernen. Leider nur beißen sich Wissenschaftler*innen die Zähne an ihnen aus - seit Jahrzehnten suchen sie diese - bisher ohne Erfolg. Und wieso sind sie sich dann so sicher, dass es sie gibt? Das meint der Gravitationslinseneffekt erklären zu können, aber diesen hier auszuführen, käme vermutlich einem Studium der Physik gleich, was wiederum für die Interessierten unter uns wahrscheinlich keine allzu schlechte Idee wäre.
Die Stringtheorie
Die Stringtheorie gilt als Sammlung hypothetischer physikalischer Modelle, die zur Beschreibung der Quantenfeldtheorie statt der punktförmigen Teilchen sogenannte Strings als fundamentale Objekte mit eindimensionaler räumlicher Ausdehnung verwenden. Soweit verständlich?
Immer langsam: Die Stringtheorie will die Welt, in der wir leben, komplett erklären, quasi die Weltformel finden. Und diese unsrige Welt besteht aus Elementarteilchen. Genauer gesagt: Aus Protonen, Neutronen und Elektronen. Und die wiederum bestehen aus den noch viel kleineren Quarks. Diese haben eine starke Wechselwirkung, die alles zusammenhält. Seit 1970 meinen Wissenschaftler*innen, diese Wechselwirkung könne man auch mit Gummibändern oder Saiten, also Strings vergleichen. Die fundamentalen Grundbausteine der Natur bestehen also nicht aus punktartigen Teilchen, sondern aus diesen eindimensionalen Strings. Und diese Strings schwingen und erzeugen dadurch Energie, die wir in Masse umwandeln können.
Und jetzt wird es komplex: Die Stringtheorie braucht, damit sie mathematisch existieren kann, neun Dimensionen plus die Zeit, also insgesamt zehn Raum-Zeit-Dimensionen. Für uns wahrnehmbar, besteht die Welt aus drei Dimensionen, Höhe, Breite und Tiefe. Die verbleibenden sechs Dimensionen seien einfach zusammengerollt und so klein, dass wir Menschen sie nicht mehr wahrnehmen können. Die Strings (im Gegensatz zu uns) aber schon und diese nutzen sie auch. Mit der Stringtheorie konnten die Quantenmechanik und die Relativitätstheorie vereint werden. Die Wissenschaft hält es für gut möglich, dass es noch mehr Dimensionen gibt. Aber wie auch immer - bemerken werden wir diese Dimensionen in nächster Zeit vermutlich sowieso nicht.
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