Astronomen aus Japan erspähen die fernste Galaxie

[Xenia]

http://www.krone.at/Wissen/Astronomen_a ... ory-323458


Lieben Morgengruß

Xenia

[Pippen]

Ist es eigentlich theoretisch ausgeschlossen, dass man immer entferntere Galaxien erspäht und sich so der Urknallzeitpunkt immer weiter nach hinter verschiebt?
Kann man das Alter der CMB berechnen?

[tomS]

Das "Alter" der Hintergrundstrahlung kann tatsächlich berechen werden.

Man setzt eine ksomologsicehn Lösung der Einsteingleichungen an (z.B. FRW-Universum); einige Parameter müssen anhand der Beobachtungsdaten angepasst werden (Massendichte, Hubblekonstante, ...). Aus der Expansion des Universums ergibt sich eine Abkühlung. Aus dem konkreten Modell kann man den Temperaturverlauf berechnen und daraus den Zeitpunkt bestimmen, zu dem das Universum durch Rekombination von Elektronen und Atomkernen (meist Wasserstoff) aus einem Zustand eines Plasmas in den eines heißen Gases überging. Außerdem kann man die Temperatur der el.-mag. Strahlung = die mittlere Energie der Photonen bestimmen. Sobald diese unter eine bestimmten Wert fiel, konnten die Photonen die Wasserstoffatome nicht mehr anregen bzw. ionisieren und damit wurde das Universum für die el.-mag. Strahlung durchsichtig. Zu diesem Zeitpunkt entkoppelten also Materie und Strahlung, d.h. die heute sichtbare Hintergrundstrahlung stammt aus dieser Zeit.

[belgariath]

Ist es eigentlich theoretisch ausgeschlossen, dass man immer entferntere Galaxien erspäht und sich so der Urknallzeitpunkt immer weiter nach hinter verschiebt? [...]

Es gibt eine Grenze, den sogenannten Ereignishorizont, von jenseits derer wir niemals Informationen erhalten werden können, da die Vergrößerung der Entfernung durch die Expansion des Universums gegenüber der Verringerung der Entfernung durch die mit Lichtgeschwindigkeit heranrückende Information überwiegt.
Aber, warum sollte sich der Urknallzeitpunkt nach hinten verschieben, wenn wir immer weiter entfernte Objekte beobachten???

[tomS]

Nicht "Ereignishoriziont" (wie bei einem SL) sondern "Sichtbarkeitshorizont" oder "Teilchenhorizont"; dieser ist modellabhängig.

[belgariath]

Aber der Teilchenhorizont ist doch etwas anderes, als das was ich beschrieben habe. Der Teilchenhorizont ist doch die Grenze, zwischen dem Raum, von dem uns bisher schon mal Information erreicht hat und dem Raum, von dem uns bisher noch keine Information erreicht hat.

[tomS]

Dann verstehe ich den Unterschied nicht

[Timm]

Dann verstehe ich den Unterschied nicht

Dazu hierAnreas Müller:

kosmologischer Ereignishorizont

Der kosmologische Ereignishorizont untersucht im Prinzip die Frage, ab welchem raumzeitlichen Abstand zwei Beobachter keine Signale mehr austauschen können. Grundlage dieser Überlegung ist wieder die Robertson-Walker-Metrik. Nimmt man ein Lichtsignal an, das die Beobachter austauschen mögen, gilt für Nullgeodäten, dass das Linienelement verschwindet: ds2 = 0. Bei rein zeitlichem und radialem Abstand verschwinden die Winkelanteile im Linienelement und man erhält direkt eine differenzielle Bedingung für den kosmologischen Ereignishorizont. Dies lässt sich in ein Integral umwandeln, wobei man als Grenzen die (radialen) Orte und die Epochen (Zeiten) der Beobachter nun festlegt. Es stellt sich heraus, dass ein Wert dafür in Friedmann-Universen nicht existiert. Im (unphysikalischen, da materiefreien) de-Sitter-Kosmos beträgt er gerade c/H und heißt Hubble-Radius. Im Wesentlichen ist es der Kehrwert des Hubble-Parameters.

Gruß, Timm

[Timm]

Aber der Teilchenhorizont ist doch etwas anderes, als das was ich beschrieben habe. Der Teilchenhorizont ist doch die Grenze, zwischen dem Raum, von dem uns bisher schon mal Information erreicht hat und dem Raum, von dem uns bisher noch keine Information erreicht hat.

Streng genommen muß zwischen Teilchenhorizont und dem elektromagnetischem Horizont unterschieden werden.
Beim Teilchenhorizont blickt man bis fast zum Urknall zurück. Gravitationswellen oder Neutrinos aus dieser Zeit könnten theoretisch detektiert werden. Forscher suchen im CMB nach entsprechenden Signaturen. Heute sind diese im Prinzip gerade noch sichtbaren Teilchen 46 Mrd LJ entfernt.
Der elektromagnetische Horizont entstand 380t J nach dem Urknall, als das Universum transparent wurde. Heutige Entfernung 44 Mrd LJ. Die "Rückblickzeit" liegt bei etwas über 13 Mrd Jahren.

Gruß, Timm

[Pippen]

Aber, warum sollte sich der Urknallzeitpunkt nach hinten verschieben, wenn wir immer weiter entfernte Objekte beobachten???

Wenn wir einmal eine Galaxie entdecken, deren Rotverschiebung auf eine Entfernung von 15 Mrd. LJ deuten würde, wäre wohl der Urknallzeitpunkt neu zu berechnen, oder?

[gravi]

Wenn das der Fall wäre - dann ja.
Aber man wird keine solche Galaxie entdecken können - einfach deshalb, weil so weit entfernte Objekte sich mit mehr als Lichtgeschwindigkeit von uns entfernen, aufgrund der Hubble- Relation. Unser Beobachtungshorizont liegt bei 13.7 Mrd. Lichtjahren, tiefer können wir nicht ins All blicken. Licht von weiter entfernten Objekten kann uns nicht mehr erreichen.

Gruß
gravi

[seeker]

Leut's, ihr bringt da was durcheinander... 13,7 Mrd LJ stimmt so nicht.

Beim Teilchenhorizont blickt man bis fast zum Urknall zurück. Gravitationswellen oder Neutrinos aus dieser Zeit könnten theoretisch detektiert werden. Forscher suchen im CMB nach entsprechenden Signaturen. Heute sind diese im Prinzip gerade noch sichtbaren Teilchen 46 Mrd LJ entfernt.

46 Mrd LJ... da hat Timm Recht.
Es geht dabei darum, dass die Entfernung der Quellen/Sterne zum Zeitpunkt der Aussendung des Lichts oder der Teilchen viel geringer als heute war und sich der zu durchquerende Raum während der Reise gedehnt hat.
Daraus folgt, dass wir heute Sterne sehen können, die heute (insofern man "heute" global definieren mag/kann) viel weiter als 13,7 Mrd LJ von uns entfernt sind, die aber zum Zeitpunkt der Aussendung der Photonen z.B. nur 1 Mrd LJ von uns entfernt waren (das dann aber trotzdem viel länger als 1 Mrd Jahre zu uns unterwegs war).

Grüße
seeker

[Pippen]

Meine Frage ist eigentlich so gemeint: Spricht etwas dagegen, dass die Roverschiebung von Sternenlicht eine Entfernungsquelle von 20 Mrd. LJ anzeigen kann? Es könnte ja zB sein, dass die Rotverschiebung bei Objekten in 13,7 Mrd. Jahren gleich 0 ist.... Wenn es aber möglich wäre, dass wir Sterne in 20 Mrd. LJ erkennen, dann führt das in keinen Widerspruch. Wir müssten dann nur das Weltalter auf 20 Mrd. hochschrauben und schon wäre es ok. Oder gibt es irgendein math. Mittel um so ein Szenario auszuschließen, weil dann irgendeine math. Theorie zusammenbricht?

[seeker]

Nochmal:

Beobachtungshorizont

Der Beobachtungshorizont (auch: Partikelhorizont oder Teilchenhorizont) begrenzt den Teil des Universums, von dem uns seit dem Urknall Informationen erreicht haben können. Bereiche jenseits des Beobachtungshorizonts können nicht beobachtet werden, weil die Zeit seit dem Urknall nicht ausreicht, um von dort Licht (Informationen) erhalten zu können. Ebenso ist die Geschwindigkeit der Übertragung von Informationen oder der Bewegung von Materie (Partikel) durch die Lichtgeschwindigkeit begrenzt, also können uns von Ereignissen hinter dem Beobachtungshorizont auch keine Informationen erreichen (s. auch Lichtkegel).

Die heutige Entfernung bis zum Beobachtungshorizont ist jedoch nicht durch das Alter des Universums (ca. 13,7 Milliarden Jahre) multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit gegeben, also nicht 13,7 Milliarden Lichtjahre, sondern größer; sie wird aktuell im Rahmen des Urknall-Standardmodells auf ca. 42 Milliarden Lichtjahre beziffert.[1] Es ist nämlich zu berücksichtigen, dass sich das Universum weiter ausgedehnt hat, während sich das Licht vom Beobachtungshorizont zu uns bewegte, d. h., bereits zurückgelegte Strecken sind nachträglich länger geworden.

Oft wird auch die gleichwertige, umgekehrte Betrachtung zur Definition benutzt: Der Partikelhorizont ist dann die Kugeloberfläche, bis zu der lichtschnelle Strahlung vorgedrungen wäre, die an unserem Standpunkt unmittelbar nach dem Urknall ausgesendet worden ist.

http://de.wikipedia.org/wiki/Beobachtbares_Universum

Auf der Basis der verfügbaren Beobachtungen kann derzeit nur eine grobe untere Grenze für die Ausdehnung des Universums angegeben werden. Daten des Satelliten WMAP schließen nach Neil Cornish die meisten Beschreibungsmodelle des Universums, die einen Radius kleiner als 78 Milliarden Lichtjahre besitzen, aus. Im Lambda-CDM-Standardmodell wird daher meist eine flache Geometrie mit unendlicher Ausdehnung betrachtet.

http://de.wikipedia.org/wiki/Universum

Wir können Sterne sehen, die heute weiter als 13,7 Mrd Lichtjahre von uns entfernt sind; wir sehen aber kein Licht, das älter als 13,7 Mrd Jahre ist. Wenn wir Sterne oder Objekte sehen könnten, deren Licht älter als 13,7 Mrd JAHRE alt wäre, dann müsste man unser Modell entsprechend anpassen.
Das ist richtig und das würde auch ohne größere Schwierigkeiten gehen, ohne dass unsere Theorie komplett zusammenbricht.

Jetzt klar?

Grüße
seeker

[Pippen]

Ja danke seeker.

Gleich noch eine Anschlussfrage zu diesem Thema: Gibt es eigentlich irgendeine Grenze der Rotverschiebung oder ist diese theoretisch bin unendlich denkbar und höchstens abhängig von unseren techn. Möglichkeiten zu Erkennung, d.h. könnte es theoretisch Licht mit einer Rotverschiebung geben, die auf eine Entfernung von 10000000000000000000000000000000000000000000 Zentilliarden LJ hindeutet? ME: ja.

[seeker]

könnte es theoretisch Licht mit einer Rotverschiebung geben, die auf eine Entfernung von 10000000000000000000000000000000000000000000 Zentilliarden LJ hindeutet?

Nein, jedenfalls kann uns solches Licht nicht erreichen. Wir sind da durch unseren Beobachtungshorizont begrenzt und der beträgt wie erwähnt ca. 42 Mrd LJ mit entsprechender Rotverschiebung.

Nun ja, die Rotverschiebung des Urknalls selbst wäre unendlich, wenn es ihn als Singularität gegeben hätte (was niemand glaubt; man glaubt, dass dieser Zustand wegen der QM auf eine endliche Größe begrenzt ist) und wenn man ihn direkt sehen könnte (was nicht möglich ist).

Wenn du dem Urknall zeitlich sehr nahe kommst, steigt die Rotverschiebung jedenfalls exponentiell an.

Die stärkste Rotverschiebung die wir z.Zt. sehen hat die MW-Hintergrundstrahlung:

Die Rotverschiebung der Hintergrundstrahlung beträgt z = 1089 ± 0,1, und jeder Kubikzentimeter des Vakuums des Weltraums enthält durchschnittlich 400 Photonen der Hintergrundstrahlung.

http://de.wikipedia.org/wiki/Kosmischer ... intergrund

Der MW-Hintergrund stammt aus einer Zeit um ca. 380.000 Jahre nach dem Urknall.
Das ist das älteste und (bei seiner Entstehung) am weitesten entfernte Licht, das uns erreichen kann und das wir sehen können.


Zum Vergleich:

Im Oktober 2010 haben Astronomen mit Hilfe des Very Large Telescope nachweisen können, dass das Licht der zuvor mit dem Hubble-Weltraumteleskop entdeckten Galaxie UDFy-38135539 13,1 Milliarden Jahre zu uns unterwegs war. Mit einem Rotverschiebungsrekord von z=8,6 erreichte uns somit erstmals Licht, das nur 600 Millionen Jahre nach dem Urknall ausgesandt wurde; die Galaxie entstand damit in einer Zeit, in der das Universum noch nicht vollständig transparent und um den Faktor 9,6 kleiner war.[2] [3]

http://de.wikipedia.org/wiki/Rotverschi ... Kosmologie

Ein sehr großer Unterschied zum z des MW-Hintergrunds, im Vergleich zu dem rel. kleinen zeitlichen Unterschied von nur ca. 600 Mio Jahren...


Bei Licht ist beim MW-Hintergrund mit der Beobachterei Schluss. Größer als z = 1089 geht nicht, da das Universum erst ab der Zeit (380.000 Jahre) für Licht durchsichtig wurde.
Damals gab es noch keine Sterne, nur eine heiße Plasmawolke, die irgendwann kalt genug wurde um für Licht transparent zu werden.

Wenn wir Glück haben, könnten wir irgendwann den (vorhergesagten) Neutrino-Hintergrund (der aus noch früherer Zeit als der MW-Hintergrund stammt) sehen.
Dieser sollte nochmals eine deutlich größere Rotverschiebung als der MW-Hintergrund haben, da das Universum schon ca. 1s nach dem Urknall für Neutrinos transparent wurde.


Grüße
seeker