Wie alt können Galaxien werden?

[Dares]

Guten Morgen zusammen,

ich bin durch ein anderes Thema erst auf diese Fragestellung aufmerksam geworden: Wie alt können Galaxien überhaupt werden? Werden Galaxien ewig bestehen oder zerfallen sie mit der Zeit? Sind die Galaxien die wir in weiter Ferne beobachten überhaupt noch da? Oder ist nur die abgestrahlte Information in Form von Licht noch da obwohl die Galaxie nicht mehr existiert?
Das sind mal wieder viele Fragen und ich freue mich wie immer auf Eure Antworten. Danke.

Grüsse

Dares

[tomS]

Warum sollten Galaxien zerfallen? Sie werden irgendwann nur noch aus schwarzen Löchern, braunen Zwergen, erkalteten Planeten, Staub und Gas (und DM?) bestehen.

[seeker]

Galaxien werden sehr lange bestehen. Erst nach Äonen, viele, viele, viele Milliarde Milliarden Milliarden Milliarden mal später als das Universum heute alt ist, werden sie vermutlich vergangen sein, wenn all ihre Materie zerstrahlt sein wird, wenn auch das letzte Proton zerfallen sein wird, wenn auch das letzte SL verdampft sein wird, wenn sich so all ihre Energie/Materie im freien Weltraum verteilt haben wird.

Eine Galaxie besteht im Grunde aus einer Masseansammlung, die in einem gewissen Bereich konzentrierter ist als außen herum. So lange das der Fall ist, besteht die Galaxie.
Eine Galaxie kann also nur aufhören zu "existieren", indem sie so zerstreut wird, dass außen herum genauso viel Masse/Energiekonzentration ist wie innen, denn dann gibt es kein 'außen' und 'innen' mehr.

Wenn man stattdessen sagt, eine "Galaxie" besteht vornehmlich aus Sternen, dann lebt sie nicht so lange, dann ist sie schon 'tot', wenn alle ihre Sterne erloschen sind. Aber auch das geht noch sehr lange, denn aus sterbenden Sternen enstehen Gas/Staubwolken, aus denen sich immer wieder neue Sterne bilden, die wieder meist einige Milliarden Jahre leben, ich glaub (ich hab die genaue Zahl jetzt nicht parat), dass dieses Recycling, diese Sternbildungsgeschichte z.B. in der Milchstraße noch mindestens 100 Milliarden Jahre so weitergehen wird.

Gruß
seeker

[Dares]

Erst nach Äonen, viele, viele, viele Milliarde Milliarden Milliarden Milliarden mal später als das Universum heute alt ist, werden sie vermutlich vergangen sein, wenn all ihre Materie zerstrahlt sein wird, wenn auch das letzte Proton zerfallen sein wird, wenn auch das letzte SL verdampft sein wird, wenn sich so all ihre Energie/Materie im freien Weltraum verteilt haben wird.

Warum verdampfen sie dann? Aufgrund des Auseinanderziehens sprich Expansion? Und warum sollte ein SL verdampfen?
Ist doch unschlüssig. Warum kann oder wird ein gravitativer Schwerpunkt verdampfen?

Hmm

Grüsse

Dares

[deltaxp]

Ewig bleiben auch Galaxien nicht bestehen.

Irgendwann sind alle Galaxien eine cluster zu einer riesen elleptischen Galaxie verschmolzen.

Als erstes werden diese aufhören zu leuchten, denn wenn alles Gas verbraucht ist der rest zu unkonzentriert
entstehen keine neuen Sterne mehr.
Irgendwann ist dann auch der letzte Stern erloschen. wahrscheinlich ein roter Zwerg mit 0.08 sonnemassen. der brennt aber viele Billionen jahre. aber irgendwann sind halt auch die um.
dann hast du nur sternleichen, braune Zwerge und Planeten. unter den sternenleichen sind dann die schwarzen löcher interessant.

du hast desweiteren 2 Prozesse. auch so eine Galaxie verliert Materie in den interstellaren raum, weil durch die relative Bewegung der Sterne oder andere Objekte zueinander, zum Beispiel nahe des Zentrums des supermassiven schwarzen loches können durch swingby Manöver auch Sterne (o.a) aus dem Gravitationsfeld der Galaxie herauskatapultiert werden. das passiert auch insbesondere by galaxien-Kollisionen. das bezeichnet man als "Galaxienverdampfen". dadurch verlieren sie beständig leicht an masse.

als zweites wird der rest der Materie irgendwann nur noch in schwarzen löchern, weil alles aufgesaugt wurde. letzlich wird der rest einer Galaxie nur noch aus einem supermassiven schwarzen loch bestehen.

irgendwann wird sich das Universum soweit ausgedehnt haben, dass die Temperatur der hintergrundstrahlung kleiner wird als die hawkingtemperatur, dann fangen auch die schwarzenlöcher an zu verdampfen, gaaaaaaanz langsam, aber je mehr sie verdampfen (im wesentlichen zu photonen und andere Elementarteilchen, Elektronen Positronen wohl meist), irgendwann sind dann also auch die verschunden.

dann bleiben halt noch die reste der ultrakalten hintergrundstrahlung, und ein paar elementarteichen /photonenvon der den verdampften löchern und sicher noch nen paar Atome von gasresten die nicht einverleibt wurden, du die dm Teilchen. aber auch die zerstahlen, da es Teilchen und Antiteilchen gibt, nur die kollisionswahrscheinlichkeitist halt niedrig, aber irgendwann ....

dann nimmt man an, wenn man von einer supersymmetrie ausgeht, dass auf ultralangen skalen (was weiss ich 10^30-10^40 jahre) auch Protonen und ander Elementarteilchen nicht stabil sind und letzlich in photonen zerfallen, halt die niedrigste Energie.

und diese werden sich auch im rahmen der Ausdehnung des Universums immer weiter ausdehnen und abkühlen. bis du nacher irgendwann Wellenlängen jensetz der grösse des ereignishorizonts hast.

das ist dann der ultimative Kältetod der welt. alles unter der annahme dass die Ausdehnung immer weiter geht (nach bisherigen empirischen Daten siehts danach aus) und es eine (gebrochene) supersymmetrie gibt.

aber das sind zeitskalen die sprngen jede Vorstellungskraft.

so oder so. die Zukunft wird düster und kalt. und das wussten wir schon bevor Donald trump Präsidentschaftskandidat der Republikaner wurde.

wie sagte och der berühmte Philosoph woody allen sinngemäß: "die Ewigkeit dauert ganz schön lange, vor allem gegen ende hin"

[Dares]

die Zukunft wird düster und kalt. und das wussten wir schon bevor Donald trump Präsidentschaftskandidat der Republikaner wurde.

Da kann man nur hoffen dass die Amis das kleinere Übel wählen.....

[Dares]

Erstmal danke für Eure Erklärungsversuche. Aber Objekte sei es nun ein Planet oder ein SL "verdampfen" doch nicht
vollständig oder? Ein SL gibt Strahlung ab aber nur wenn es gefüttert wird; ist also somit recht stabil und nimmt an Masse zu.
Könnte die Strahlung nicht wieder zu Materie kondensieren?
Mit dem Licht verhält es sich auch so: wohin verschwindet es?

[seeker]

Licht (EM-Strahlung) ist stabil und erfüllt dann einfach mehr oder weniger gleichmäßig den Raum, verschwindet also in dem Sinne nicht.
Photonen können nicht von alleine wieder zu anderen Teilchen werden, dazu müssen sie mit Materie stoßen, wenn keine da ist, geht das nicht. Außerdem: Damit sich Materieteilchen unter Beteiligung von Photonen bilden können, müssen die Photonen sehr energiereich sein. Also nix mit normalen Lichtphotonen, IR-Strahlung, Mikrowellenstrahlung, usw. - das muss schon richtig harte Gammastrahlung sein. In einem fast leeren, (durch die Expansion) völlig ausgedünnten Universum würde selbst ein Photon mit der zunächst notwendigen Energie vor dem notwendigen Stoß mit irgendeinem noch vorhandenen, einsamen Materieteilchen schon so lange unterwegs sein, dass es durch die kosmische Expansion vorher schon zuviel Energie verloren haben wird (kosmische Rotverschiebung).

Aber Objekte sei es nun ein Planet oder ein SL "verdampfen" doch nicht
vollständig oder?

Ein SL sollte laut Theorie Hawkingstrahlung abgeben und so Masse verlieren. Die ist äußerst gering, je größer ein SL ist, desto geringer.
Im Monent ist das Universum für jedes normale SL schon aufgrund der kosmischen Hintergrundstrahlung noch zu heiß, um so unterm Strich Masse verlieren zu können, heißt: Ein SL schluckt im Moment noch mehr überall vorhandene Strahlung vom kosmischen Hintergrund als es per Hawkingstrahlung abstrahlen kann (von der derzeit immer noch einfallenden Materie ganz zu schweigen). Da das Universum aber expandiert, kann man ausrechnen, dass es dabei immer kälter/dunkler werden wird, bis eines Tages die Hawking-Abstrahlung größer sein wird als die Hintergrund-Einstrahlung in ein SL (Materieeinfall wie heute wird es zu dem Zeitpunkt schon lange nicht mehr geben). Ab dem Moment werden die SL langsam Masse verlieren. Wenn sie alle Masse per Hawkingstrahlung abgestrahlt haben, hören sie auf zu existieren.

Ein Planet verdampft auch irgendwann nach Äonen, sei es, weil seine Materie zerfällt und teilweise als Strahlung entfleucht, sei es weil er tatsächlich verdampft: Jedes Material, auch Feststoffe haben immer einen gewissen Dampfdruck, d.h. es gibt immer ein paar Atome, die zufällig von den anderen Atomen so gestoßen werden, dass sie sehr schnell werden und so von der Feststoffoberfläche entfleuchen, in sehr langen Zeiträumen sind auch immer welche dabei, die schneller als die Fluchtgeschwindigkeit des Planeten sind und dadurch auf nimmerwiedersehen in den Weltraum entkommen. Wartet man also nur lange genug, 10 hoch was-weis-ich-wie-viele Jahre, dann ist der Planet weg, verdampft, Atom für Atom für Atom - falls er nicht eh vorher von einem SL gefressen wird.

Dieses Szenario nennt sich "Big Freeze" und ist eine der plausiblen Möglichkeiten, wie die sehr ferne Zukunft unseres Universums aussehen wird.
Genaueres hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Big_Freeze

Es gibt andere Szenarien/Möglichkeiten für das Ende der Welt "as we know it", ein vielleicht beunruhigendes ist der Zerfall des Vakuums.
Falls das geschehen sollte, wäre ganz schnell Feierabend, mit Lichtgeschwindigkeit, und man würde es deshalb nicht einmal kommen sehen:

Higgs-Boson-Erkenntnisse: Physiker halten Universum für instabil
Ist der Fund des Higgs-Bosons eine schlechte Nachricht für unser Universum? Physik-Theoretiker glauben, dass die Masse des Teilchens in einem Bereich liegt, der dem Kosmos ein Verfallsdatum gibt. Ein baldiges Ende ist jedoch unwahrscheinlich.
http://www.spiegel.de/wissenschaft/natu ... 84216.html

Falls das geschehen kann, ist uns leider derzeit noch nicht ganz klar, wann es wahrscheinlich geschehen wird.

Noch ein interessanter Bericht dazu, im Zusammenhang mit dem Einfluss von SL:

Could Black Holes Destroy the Universe?
Before you say “no way,” hear the latest research out.
https://medium.com/starts-with-a-bang/c ... .tprub5i81

Gruß
seeker

[Skeltek]

Kommt darauf an, was man mit "verdampfen" meint.
Das Vakuum hat einen Druck, welcher mit der darin enthaltenen Materie interagiert.
Dieser "Druck" war kurz nach dem Urknall extrem hoch, was nach dem Ende der hochfrequenten Strahlungsperiode zum entstehen makroskopischerer Teilchen führte.
In diesem Bereich wird teilweise viel spekuliert. Von Hawkings Formeln zur SL-Strahlung z.B. weiss man nur, dass diese widerspruchsfrei sind - wobei jedes widerspruchsfreie Hirnkonstrukt genauso problemlos in Formeln zu Papier gebracht werden kann.
Teilchen zerfallen übrigens langsamer bzw mit einer reduzierten Geschwindigkeit, wenn an ihnen ununterbrochen Messungen durchgeführt werden, also anders ausgedrückt Impuls ausgetauscht wird, was letztlich einer Art kurzfristigem "Druck" von Außen entspricht.
Das lässt sich auch mit dem Model erklären, dass die ständigen Messungen der Wellenfunktion des Teilchens keine Zeit geben andere Wahrscheinlichkeiten aufzubauen, was dann aber auch für eine Art "Entropie" innerhalb des Teilchens spricht.
Modelle sind groß an der Zahl, welches nun das richtige ist, ließe sich nur mutmaßen.

Man weiss jedoch, dass zur Zeit Teilchen auf Dauer in immer kleinere Teilchen zerfallen und dabei Strahlung abgeben. Der "Zerfall" lässt sich jedoch auch hier bremsen, indem das Teilchen eine z.B. atomare Verbindung mit einem anderen eingeht oder fusioniert.
Zwar haben Teilchen also einerseits das Bestreben selbst zu zerfallen, jedoch andererseits das Bestreben mit anderen Teilchen Verbindungen einzugehen.

Näheres werden wir jedoch erst wissen, wenn wir erfahren wie und wieso Teilchen überhaupt zerfallen und ob es tatsächlich Prozesse unterhalb der Plank.Skala gibt, welche zwar ablaufen, für uns aber nicht meßbar sind.

[deltaxp]

Ach ja, das mögliche ende mit einer "higgs-Vacuum-Bombe" hatte ich ganz vergessen. Aber wie gesagt, die Rechnungen gehen von der Gültigkeit des standardmoddels bis Planck-skala aus, was viele bezweifeln, nicht nur wegen des hierarchie-Problems sondern nunmehr auch wegen der kosmologischen konstante. denn wenn das SM bis dorthin gültig wäre Muesste die kosmologische konstante in der tat 10^120 grössenordnungen grösser sein als die gefundene, dann wären wir abe nicht hier, um das Thema zu diskutieren.

Inwiefern eine Physik beyond Standardmodell die vacuum-instabilität des Standardmodells aufhebt oder nur verschiebt sei dahingestellt.
es gibt noch ein weiteres Indiz, dass die standard-modell-vacuum Instabilität nicht der Natur entsprechen kann. das Argument dass die tunnelwahrscheinlichkeit so niedrig ist wie 10^30 jahre einmal oder so. aber nur weil heute das Universum so kalt ist. wie war es denn früher kurz nach dem Urknall. da war es irgendwann mal so heiss, dass die potential-Barriere locker übersprungen sein konnte. nach den Rechnungen brauchts dazu etwa 10^10 GeV. so heiss wars während der inflationsphase, so es sie denn gab. es wäre also viel wahrscheinlicher, dass wir dann in den instabilen zustand gefallen wären. aber auch hier kann man ja die ewige Inflation bemühen und halt sagen, dass unser Universum einfach glück hatte von unserer perspektive ausgesehen.

was ich sehr interessant fand, war seekers hinweis mit den schwarzen löchern. die grossen bedrohen uns derzeit demnach nicht. primordiale wurden nicht gefunden. und wenn dir Rechnungen gültig sind, werden sie auch nie gefunden, denn wenn es verdampft und ein instabiles vacuum erzeugt, was sich ebenfalls mit lichgeschwindigkeit ausdehte, wäre wohl der entsprechende Gamma-burst wohl das letzte , was wir sähen, bevor das Universum den Bach, äh den potentialwall runtergeht

was ich aber in diesem scenarion mit den black wholes noch interessant finde ist folgendes. auch bei den dicken schwarzen löchern werden die Raumkrümmungen in der nähe der Singularität beliebig gross und nach deren Rechnungen auch die übergangswahrscheinlichkeit in den tieferen vacuumzustand. allerdings passiert das hinterm Horizont, da sich die vacuumzustandsänderungen auch nur mit lichgeschwindgkeit ausdehnen sollte sie auch dahitner bleiben, das hiesse aber dass das vacuum in einem schwarzen loch ein tieferen energiezustand hat. nach den Rechnungen des originalpapers gibt es aber kein stabiles vacuuums es wuerde immer weiter zerfallen. wie würde sich sowas auf die Gravitation und auf die Raumkrümmungen zuruckführen. wenn das higgspotential nach unten unbegrenzt wäre, hätte das den Effekt einer ständig kleiner (negativ) werden kosmologischen konstanten innerhalb des schwarzen loches. da positive kosmologische konstanten negativen druck bedeutet und expansion, hiesse negative kosmologische konstante positiver druck und damit kontraktion. der energierelease aus dem vacuum und der druck würde immer stärker. da alles gefangen ist hinterm Horizont musste das schwarze loch selbst immer schwerer werden und immer größer. und das immer schnelle (da das higgsfeld dem dominierenden ~ -phi^4-potetial runterrollt. also sollten alles irgendwann von ständig wachsenden schwarzen löcher aufgesogen , die wachsen auch ohne Materie, einfach weill das zerfallen vacuum in ihnen sie mit Energie füttert. oder ich mach nen riesen Denkfehler.
vielleicht wird die freigelassene energie ja auch auf der weissen loch seite herausgepummpt. keine Ahnung, da müssen Fachmänner ran und wahrscheinlich auch ne quanten-gravitationstheorie. aber spannendes Thema auf jeden fall, seeker

[Pippen]

Ich sehe keinen Grund, warum Galaxien nicht (THEORETISCH!!!) ewig existieren können, wenn sie kein abgeschlossenes System iSd Energieerhaltung sind (was sie nicht sind, dass sie zB jederzeit mit anderen Galaxien kollidieren können, was durchaus möglich wäre, wenn zB die Expansion eines unendlichen U. gegen Null konvergieren würde). Oder gibt's einen prinzipiellen Grund gegen ihre ewige Existenz?

[positronium]

Oder gibt's einen prinzipiellen Grund gegen ihre ewige Existenz?

Sollten Galaxien nicht auch durch Abstrahlung von Gravitationswellen an Energie verlieren, und so im Lauf langer Zeiten schrumpfen, bis alles in einem schwarzen Loch endet? Das wäre doch ein oberes Limit für die Lebensdauer.