Sonnenuntergang in Kassel (Lara Bendig)

Freitag, 13. November 2020

Die drei Zeitalter des Universums: Die Materie-Ära

Post 1 (Einführung): 14.10.

Post 2 (Strahlungsära) 26.10.

Leider hat die Fortsetzung wegen der vielen klaren Nächte etwas gedauert....

Die Materie- Ära

Wir haben schon mehrfach erwähnt, dass die Strahlungsdichte im Kosmos stärker abnimmt als die Materiedichte, da zusätzlich zur Verdünnung durch die räumliche Ausdehnung noch die Energieabnahme durch die von der Expansion verursachten Wellenlängenverlängerung  hinzukommt.

Deshalb muss die Strahlungsdichte einmal unter die Materiedichte fallen.

Das ist etwa 60 000 Jahre nach dem Urknall der Fall.

Davor hat die energiereiche Strahlung jegliche Strukturbildung der Materie verhindert.

Nun beginnt der Kosmos durchsichtig zu werden und die Materie kann sich durch die Schwerkraft zusammenklumpen.

Bilden sich irgendwo zufällige Verdichtungen, so wachsen diese bevorzugt weiter. Netzwerkartig breiten sich Verdichtungen im Kosmos aus.

Immer noch steuert aber die Expansion dagegen, die will ja alles auseinanderreißen.

Aber: Die Schwerkraft der Materie bremst die Expansion des Kosmos ab. Das begünstigt die Wachstumsprozesse der Strukturen.

All diese Prozesse werden aber nicht durch die normale (baryonische) Materie geprägt. Die ist viel zu selten und könnte sich einmal nicht so früh gegen die Strahlung durchsetzen und zum anderen würden ihre Strukturen durch die Expansion schnell wieder zerstört.

Wir verdanken es der fünfmal häufigeren Dunklen Materie, dass die Klumpen aus normaler Materie stabil bleiben, anwachsen können und Galaxien und Sterne bilden können.

Nach relatvtiv kurzer Zeit (weniger als 300 Millionen Jahre, das entspricht 1,5 Menschenjahren) gibt es erste Galaxien und Sterne im immer langsamer expandierenden Universum.

Schon deutlich früher können wir die Keime der galaxienbildung in der Verteilung der kosmischen Mikrowellenstrahlung aus der Zeit um 380 000 Jahre nach dem Urknall (das entspricht weniger als einem Menschentag)  erkennen.

In einem Extra-Post möchte ich klären, welche der Flecken im Kosmosbild aus der Zeit um 380 000 J ahre die dichteren Gebilde sind, also die Keime der Galaxien. Es sind die blauen Flecken!

(siehe hierzu Post vom 6.11.)

Farbcodierung

Mit Computersimulationen kann man die weitere materiedominierte Entwicklung des Kosmos bis zur Gegenwart nachvollziehen.

Die erste große Simulation war die Millenium-Simulation, die auf 512 Prozessoren in einem Monat die Entwicklung eines  Universums in Würfelform mit einer Kantenlänge von 2 Milliarden Lichtjahren  simuliert hat (23 TeraByte an Daten).

MPA, Garching
 

Die Millenium XXL aus dem Jahr 2010 simulierte die Entwicklung eines Kosmos mit 12 Milliarden Lichtjahre Kantenlänge. 100 Terabyte Daten beschreiben die Geschichte dieses Universums im Computer. Die kleinsten Elemente sind aber nur Materieklumpen mit 7 Milliarden Sonnenmassen, noch keine einzelnen Sterne. 

Kommt noch...und einmal hat es ja in Echt geklappt...

MPA, Garching





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