Das Tagebuch des Universums

Röntgen-Teleskop Chabdra. Bild: NASA / Public Domain

Die Geschichte unseres Universums kann von der Strahlung abgelesen werden, die ständig von unseren Teleskopen aufgenommen wird. Es ist wie ein laufender Film des Gedächtnisses des Universums

Die öffentlich-rechtlichen Sender in Deutschland blicken manchmal 20 bzw. 30 Jahre zurück und übertragen die damaligen Nachrichten des Tages: Erich Honecker und die DDR werden wieder lebendig und der Kalte Krieg flackert über den Bildschirm. Seit Jahrzehnten wird unsere kollektive Erinnerung in diversen Medien gespeichert; heute vor allem in digitaler Form.

Etwas Ähnliches geschieht mit dem Universum. Wenn wir gen Himmel schauen, breitet sich vor unseren Augen die Geschichte der Welt aus. Da die Lichtgeschwindigkeit begrenzt ist, hat es Millionen bzw. Milliarden Jahre gedauert, bis uns die Nachrichten aus fernen Galaxien erreichen konnten. Beispielsweise hat sich eine Supernova-Explosion, die wir heute beobachten, vor etlichen Jahrmillionen ereignet.

Die Astronomie wäre etwas einfacher, wenn all diese Filme aus der Vergangenheit sorgfältig voneinander getrennt ankommen würden. Jedoch kann das Licht, das unsere Teleskope momentan erfassen, eine Mischung aus reflektiertem Sonnenlicht (acht Minuten Flugzeit), Licht vom Jupiter (mehr als 33 Minuten) oder Licht von der Andromedagalaxie (2,5 Millionen Jahre) sein. Es ist so, als ob wir alle Filme über den Zweiten Weltkrieg gleichzeitig im Fernsehen empfangen würden. Es wäre ein grandioses Durcheinander.

Die Expansion des Universums, die experimentell nachgewiesen worden ist, bietet in dieser Hinsicht einen gewissen Vorteil für die Astronomie. Wenn wir uns gedanklich auf der Oberfläche eines Luftballons positionieren und dieser Luftballon aufgeblasen wird, bewegen sich alle Punkte auf der Kugel von uns weg, egal auf welche Position auf dem Luftballon wir uns stellen. Etwas Analoges geschieht mit dem Raum: Ferne Sterne und Galaxien bewegen sich im Durchschnitt von uns weg. Je weiter entfernt sie stehen, desto schneller fliegen sie weg.

Diese Expansion des Universums streckt aber auch die Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen, die von Sternen oder vom Urplasma vom Anfang der Welt ausgestrahlt wurden. Die Hintergrundstrahlung, die etwa 380.000 Jahren nach dem Urknall ausgesendet wurde, hat damals noch den sichtbaren Wellenlängenbereich des Lichtes überdeckt. Heute ist die Wellenlänge der Hintergrundstrahlung weit weg vom Rot (etwa 0,7 Mikrometer Wellenlänge) und liegt im Bereich von Mikrowellen, die unsere Augen nicht sehen können. Das ist so, weil das Universum inzwischen um den Faktor 1100 expandiert ist und die Wellenlängen, die wir besprechen, sich von Mikrometern zu Millimetern ausgedehnt haben.

Das alles ist deswegen vorteilhaft, weil je weiter in der Vergangenheit ein astronomisches Ereignis liegt, desto mehr hat sich die Wellenlänge des Lichtes seitdem gestreckt. Die Astronomen reden von "Rotverschiebung", da die Wellenlänge des Lichtes steigt, wenn wir von der Farbe Blau auf Grün und dann ins Rote übergehen (Abb. 1). In meinem vorherigen Beispiel, in dem alle Filme des Zweiten Weltkrieges überlagert werden, fiele die Trennung leichter, wenn die ersten Filme in Farbe mit einem blauen Stich gezeigt und die zeitlich Darauffolgenden mit einem Stich mit zunehmender Rotverschiebung überlagert würden. Historiker würden sich dann für die Rotverschiebung interessieren und versuchen, die Filme durch ihre unterschiedliche Farbgebung voneinander zu trennen.

Das ist es also, was wir am Himmel sehen, die Telenovela der Welt, aber alle Folgen überlagert. Allerdings so, dass die Wellenlänge der ausgestrahlten elektromagnetischen Wellen desto länger ist, je älter der Film ist. Deswegen gibt es Astronomen, die im sichtbaren Bereich arbeiten, andere, die sich für Infrarot-Teleskope interessieren, und auch diejenigen, die mit Radioteleskopen hantieren. Sie alle sind Archäologen des Universums und arbeiten an unterschiedlichen Schichten in dessen Entstehungsgeschichte. Für hochenergetische Prozesse im Weltall gibt es aber auch die Röntgen- und Gamma-Astronomie. Teleskope gibt es heute für fast das gesamte EM-Spektrum.

Abb. 1: Das elektromagnetische Spektrum. Frequenzen und Wellenlängen. Bild: Cepheiden / CC-BY-SA-3.0

Man muss allerdings anmerken, dass es für die Astronomen nicht ganz so einfach ist. Sterne strahlen nicht Licht mit einer einzigen, sondern mit vielen Wellenlängen aus. Die Lichtspektren aus den verschiedenen Epochen überlagern sich und es ist dann nicht trivial zu entscheiden, welches Licht welche Rotverschiebung erfahren hat und wie viel Zeit deswegen vergangen ist. Es ist eigentlich extrem schwer, aber es gibt ein paar Referenzpunkte. Die Hintergrundstrahlung kann z.B. mit Radiowellen von der Erde bzw. Radiowellen von kosmischen Objekten verwechselt werden. Aber deswegen wurden die besten Messungen mit Satelliten gemacht und danach mussten die Daten von der Strahlung aus der Milchstraße bereinigt werden. Große Teleskope ohne Computer für die Datenanalyse sind heute undenkbar. Es werden nicht nur Daten gesammelt, sie werden anschließend geprüft und interpretiert.

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