Wann erschien das erste Licht im Universum?

Die Lichtgeschwindigkeit gibt uns ein erstaunliches Werkzeug, um das Universum zu studieren. Wenn sich das Licht mit einer Geschwindigkeit von nur etwa 300.000 km / s bewegt und entfernte Objekte betrachtet, blicken wir zurück.

Wir sehen die Sonne nicht direkt, sondern die Sonne von vor 8 Minuten. Wir sehen Betelgeuse vor 642 Jahren. Andromeda vor 2,5 Millionen Jahren. Und so können Sie weiter gehen und weiter in den Weltraum und tiefer in die Vergangenheit schauen. Während sich das Universum ausdehnt, waren entfernte Objekte früher näher.

Wenn Sie die Uhr in die entgegengesetzte Richtung starten und an den Anfang bringen, gelangen Sie an einen Ort, der heißer und dichter als das heutige Universum war. Es war so dicht, dass das gesamte Universum unmittelbar nach dem Urknall eine Suppe aus Protonen, Neutronen und Elektronen war, die nichts zusammenhielt.



Nachdem es sich leicht ausgedehnt und abgekühlt hatte, begannen seine Dichte und Temperatur dem zu ähneln, was im Zentrum eines Sterns wie unserer Sonne geschieht. Es wurde kalt genug, dass ionisierte Wasserstoffatome auftraten.

Da die Bedingungen im Universum dem entsprachen, was im Kern des Sterns geschieht, reichten Temperatur und Druck aus, um Helium und andere schwerere Elemente aus Wasserstoff zu synthetisieren. Basierend auf den Anteilen des Vorhandenseins von Elementen im heutigen Universum: 74% Wasserstoff, 25% Helium und 1% allerlei verschiedene Dinge, wissen wir, wie lange sich das Universum in diesem „Sternzustand“ befindet.

Es dauerte ungefähr 17 Minuten. Von 3 Minuten seit dem Urknall bis zu 20 Minuten von diesem Moment an. Und in diesen Momenten sammelten die Clowns so viel Helium, dass sie ein Leben lang Menschen mit Hilfe von Tieren verfolgen sollten, die aus Bällen verdreht waren.

Der Synthesevorgang erzeugt Gammastrahlenphotonen. Im Kern der Sonne springen diese Photonen von Atom zu Atom, brechen vom Kern nach außen durch die emittierende Zone der Sonne aus und fliegen schließlich in den Weltraum hinaus. Dieser Prozess kann Zehntausende von Jahren dauern. Aber im frühen Universum konnten diese anfänglichen Gammastrahlenphotonen nirgendwo hingehen. Überall war ein heißes und dichtes Universum.

Das Universum expandierte weiter und kühlte sich wenige hunderttausend Jahre nach dem Urknall ausreichend ab, so dass diese Wasserstoff- und Heliumatome anfingen, freie Elektronen anzuziehen und sich in neutrale Atome zu verwandeln.



Dies war der Moment, in dem das erste Licht zwischen 240.000 und 300.000 Jahren nach dem Urknall im Universum erschien, der als Ära der Rekombination bekannt ist. Zum ersten Mal konnten sich Photonen etwas ausruhen und über Elektronen an Atome gebunden werden. In diesem Moment wandelte sich das Universum von undurchsichtig zu transparent.

Dies ist im Prinzip das früheste Licht, das Astronomen zur Beobachtung zugänglich ist. Sagen wir im Chor: Cosmic Microwave Background Radiation [oder Reliktstrahlung - ca. übersetzt.]. Da sich das Universum seit 13,8 Milliarden Jahren ausdehnt, wurden diese ersten Photonen ausgestreckt, nachdem sie eine Rotverschiebung erfahren hatten, und nachdem sie den ultravioletten und sichtbaren Teil passiert hatten, gingen sie in den Mikrowellenteil des Spektrums über.

Wenn wir das Universum mit Mikrowellenaugen sehen könnten, wäre dieser erste Strahlungsstoß in jede Richtung sichtbar. Das Universum feiert seine Existenz.

Nach dem ersten Lichtblitz war alles dunkel, es gab keine Sterne und Galaxien, nur eine große Anzahl von Originalelementen. Zu Beginn der dunklen Jahrhunderte betrug die Temperatur des gesamten Universums etwa 4000 K. Vergleichen Sie dies mit der heutigen Zahl von 2,7 K. Am Ende der dunklen Jahrhunderte, 150 Millionen Jahre später, fiel die Temperatur auf vernünftigere 60 K.



In den nächsten 850 Millionen Jahren sammelten sich diese Elemente an riesige Sterne aus reinem Wasserstoff und Helium. Ohne schwerere Elemente könnten sich Sterne bilden, die zehn- oder sogar hundertmal größer sind als unsere Sonne. Dies ist die Sternpopulation III, die ersten Sterne, für deren Beobachtung wir noch nicht genügend leistungsstarke Teleskope haben. Astronomen vermuten, dass sie sich ungefähr 560 Millionen Jahre nach dem Urknall gebildet haben.

Dann explodierten die ersten Sterne wie Supernovae, es bildeten sich massereichere Sterne und explodierten ebenfalls. Es ist sehr schwer vorstellbar, wie alles aussah, als die Sterne wie ein Feuerwerk explodierten. Aber wir wissen, dass diese Ereignisse so häufig und so mächtig waren, dass sie im Zeitalter der Reionisierung das gesamte Universum beleuchteten. Der größte Teil des Universums war von heißem Plasma besetzt.



Das frühe Universum war heiß und schrecklich und es hatte nicht genug schwere Elemente, auf denen das Leben, das wir kennen, basiert. Sauerstoff kann nicht ohne Synthese in einem Stern erhalten werden, selbst in mehreren Generationen von Sternen. Unser Sonnensystem entstand durch viele Generationen von Supernovae, die unseren Weltraumbereich mit immer schwereren Elementen explodierten und säten.

Ich habe bereits erwähnt, dass sich das Universum von 4000 K auf 60 K abgekühlt hat. Aber nach ungefähr 10 Millionen Jahren ab dem Moment des Urknalls betrug die Temperatur des Universums immer noch ungefähr 100 ° C, dh den Siedepunkt von Wasser. Und nach weiteren 7 Millionen Jahren kühlte es auf 0 ° C ab, die Gefriertemperatur von Wasser.

Was die Astronomen zu der Idee führte, dass flüssiges Wasser etwa 7 Millionen Jahre lang überall im Universum zu finden war. Und auf der Erde, wo immer wir flüssiges Wasser finden, ist auch dort Leben zu finden.



Es ist möglich, dass sich primitives Leben gebildet hat, als das Universum nur 10 Millionen Jahre alt war. Der Physiker Avi Loeb nennt diesmal die Ära des bewohnten Universums. Es gibt keine Hinweise auf diese Möglichkeit, aber die Idee ist sehr cool.

Ich bin immer beeindruckt von dem Gedanken, dass um uns herum in jede Richtung das erste Licht ist, das vom Universum ausgestrahlt wird. Er hat 13,8 Milliarden Jahre gebraucht, um uns zu erreichen, und obwohl wir Mikrowellenaugen brauchen, um ihn zu beobachten, existiert er und ist allgegenwärtig.

Source: https://habr.com/ru/post/de399207/