NASA/James Webb Space Telescope
Des Bild weist déi Galaxie (ënne riets am Encadré), déi bis elo am wäitsten ewech vun der Äerd geknipst gouf. D'Galaxie JADES-GS-z14-0 weist sech hei wéi se 290 Mio. Joer nom Urknall ausgesinn huet.
"Der Weltraum, unendliche Weiten." Esou fänkt eng Sci-Fi Serie un. A wann ech heiansdo dreemend de Stären nokucken, schéngt de Weltraum eigentlech gigantesch ze sinn. Awer ass en och onendlech, Mister Science?
Och wa vill Fuerscher ronderëm d'Welt sech scho laang iwwer dës grouss Fro vun der Kosmologie de Kapp zerbriechen, konnt bis elo nach keen se beäntweren. Dëst ass scho mol doduercher net sou einfach well d'Onendlechkeet net gemooss ka ginn. Dofir ginn d'Wëssenschaftler och gären den ëmgekéierte Wee. Si probéieren erauszefannen ob den Universum vläicht awer endlech kéint sinn.
Si kucken also an de Weltraum a sichen no engem Rand oder enger kosmescher Mauer?
Na ja, eng Mauer wäert et warscheinlech net sinn. An no engem Rand ze siche wier net ganz villverspriechend. Duerch Modeller a Berechnunge ginn d'Kosmologen dovunner aus, datt den Universum op d'mannst 95 Milliarde Liichtjore grouss soll sinn. Mee méi wäit wéi 45 Milliarde Liichtjoer kënne mir net kucken. Well d'Liicht, dat vu méi wäiten Objeten ausgestraalt gouf, ass schwaach an huet eis einfach nach net erreecht.
Infobox
E Bléck an den Universum ass ëmmer och e Bléck an d'Vergaangenheet. Well mir gesi jo d'Liicht dat vun engem Objet ausgestraalt gouf. A mat ronn 300.000 Kilometer pro Sekonn reest d'Liicht zwar ganz séier, awer net onendlech séier. Mir gesinn also de Géigestand wéi en zu deem Zäitpunkt war wéi d'Liicht e verlooss huet. Zur selwechter Zäit deent sech de Weltraum bestänneg aus - an zwar ëmsou méi séier wat d'Distanz tëscht zwee Objete méi grouss ass. Wéi séier dat genau geschitt, beschreift d'Hubble-Konstant. An déi läit de leschte Berechnungen no bei 22 Kilometer pro Sekonn fir all Millioun Liichtjore, déi zum Beispill zwou Galaxien ausenee stinn. wéi wäit sech de Weltraum an de geschätzten 13,8 Milliarde Joer zënter dem Big Bang ausgedeent huet ass dowéinst schwéier ze soen. Wann een sech op de geschätzten Alter vum Universum an der Vitesse vun der Ausdeenung an der Vergaangenheet baséiert , kënne mir net méi wäit wéi 45 Milliarde Liichtjoer "gesinn". Awer de Weltraum kéint villmools méi grouss sinn. Et ass just datt d'Liicht vu wäiten Objeten einfach nach net genuch Zäit hat fir eis z'erreechen.
Mee et ginn dach sécherlech Theorien. Wéi stellen d'Fuerscher sech den Universum vir, wann se keng Grenze kenne gesinn?
Eng Grenz ze gesinn ass vläicht mol guer net esou kruzial. Well och en endlechen Universum muss net onbedéngt e Rand oder eng Grenz hunn. Dat ass net esou einfach ze verstoen. Mä probéiere mer et mol mat engem Verglach. Komm mir zeechnen e Stréchmännchen op e Blat Pabeier a stellen eis elo vir datt en an eng Richtung geet. Dann erreecht en iergendwann e Rand. Par contre, wa mir aus dem Blat ee Rouer maachen, a seng zwee Ëffnunge verbannen, dann hu mir en Torus. Dëst ass wéi d' Mathematiker d'Figur nennen, déi mir als Donut géife beschreiwen. An op dëser Uewerfläch kéint eise Stréchmännchen elo éiweg weidergoen. Egal a wéi eng Richtung. E géif emol net mierken, datt e scho laang um Startpunkt vu senger Rees ukomm ass. Eist Gedankespill funktionéiert natierlech nëmme fir zweedimensional Wiese wéi ee Stréchmännchen. Mir liewen awer an dräi Dimensiounen. Wann eisen Universum deementspriechend "opgerullt" sollt sinn, da wier dat nëmmen an enger weiderer Dimensioun méiglech. An dat ass wou d'Virstellungskraaft vun der grousser Majoritéit vun de Leit ophält. Awer d'Wëssenschaft denkt iwwer nach méi komesch Forme vum Universum no.
An dësem Video gëtt en änlecht Gedankenexperiment an 3D mat enger Seejomes op enger Orange illustréiert.
Nach méi konterbosseg? Wéi soll dat da goen?
Engersäits sinn natierlech och nach aner Topologien denkbar. Esou nennt een d’Forme vum Universum. Zum Beispill e risegen Triichter. Oder d’véierdimensional Equivalenz vun enger Kugel. Oder e Fussball deen aus zwielef Fënnefecker besteet. Anerersäits gëtt et och nach d’Theorie vun de ville Welten. Déi baséiert sech op der Quantemechanik, an schléit net ee, mee onendlech vill Universen vir, déi parallel zueneen existéieren. All dës Theorië sinn hautzedaags nach Gedankenexperimenter. Et also nach näischt entscheet an dowéinst bleift d‘ Fuerschung esou spannend.
Vu Leederen a Käerzen
Wéi moosst en eigentlech de Wee tëschent de Stären? Ganz einfach: Et baut een sech eng kosmesch Distanzleeder op déi een dann zum Beispill Standardkäerzen arrangéiert. Mee eng no der anerer. Dass d’Distanzen am Weltall riseg sinn, ass näischt Neies. Fir Distanze gëtt dowéinst virun allem déi Streck geholl, déi d’Liicht an enger bestëmmter Zäit reest. Bis zum Äerdmound sinn et 1,28 Liichtsekonnen. Bis zu eisem kosmeschen Noper, de Mars, sinn et schonn 3 Liichtminutten an de nächste Stär ass 4,2 Liichtjore wäit fort. De Rand vun der Mëllechstrooss läit knapps 100.000 ewech an dee vun eiser noosten Galaxie 2,5 Millioune Liichtjoer. Fir Distanzen tëschent de Stären ze moossen, hunn sech d’Astronomen hir Standardkäerzen erausgesicht. Dat si Gruppe vun Himmelskierper, meeschtens Stären, déi selwecht vill Liicht ausstralen. Nach besser ass et, wa se d’Liicht a reegelméisseg Schuben ausstralen. Wéi d‘Cepheiden, eng Grupp vu Stären, déi sech veränneren. D'Dauer vun hiren Hellegkeetsschwankungen hänkt eleng vun hirer Distanz zur Äerd of. Domadder sinn se bal wéi ee Liichttuerm, dee verréit, wéi wäit hir Heemgalaxie vun eis ass. Dat mécht eis Standardkäerzen zu Sprëss vun der kosmescher Distanzleeder.
De Weltraum wiisst
Vir eng laang Zäit wor et wéi a Stee gemeesselt, dat den Universum a sech selwer rout. Mee Enn vun den 20er Jore vum leschte Joerhonnert sinn Zweifel entstanen. Beemol wor et kloer: den Universum muss sech ausdeenen. Dëst gouf erkannt un der Roudverrécklung, déi d’Fuerscher am Liicht vu beobachten Himmelskierper festgestallt hunn. Wann en Objet sech vun eis ewech beweegt, da gëtt säi Liicht quasi verzerrt. D‘ Wellelängte gi méi grouss. D‘Liicht wat bei eis ukënnt ass am roude Beräich verréckelt. Dat kann ee moossen. A dorunner huet ee bemierkt, dat d’Galaxien sech op kosmescher Skala vuneneen ewech beweegen. Net well se fortfléien, mee well de Weltraum sech tëschent hinnen ausdeent. Fuerscher beschreiwen et gären mat engem Roséngekuch deen am Uewen opgeet. Wärenddeems sech de (Kuch) Weltraum ausdeent, ginn d‘ (Rosénge) Himmelskierper ëmmer méi wäit vunenee fort. Wéi séier des Ausdeenung ass, hänkt vun der Distanz tëschent den zwee Objeten, wéi beispillsweis Galaxien, of. Dat beschreift d‘Hubble-Konstant. Zesumme mat der gemoosse Roudverrécklung verréit se den Astronomen d’Distanz vun engem Himmelskierper.
Autor: scienceRELATIONS/Kai Dürfeld
Éditeur : Michèle Weber (FNR)
Iwwersetzung: Eléonore Pottier, Joseph Rodesch (FNR)
Foto: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Marcia Rieke (University of Arizona), Daniel Eisenstein (CfA)
Infobox
https://www.leibniz-magazin.de/alle-artikel/magazindetail/newsdetails/welche-form-hat-das-universum
https://www.abenteuer-universum.de/kosmos/topo.html
https://www.spektrum.de/lexikon/astronomie/horn-universum/186
Akrami, Yashar; Anselmi, Stefano; Copi, Craig J.; Eskilt, Johannes R.; Jaffe, Andrew H.; Kosowsky, Arthur et al. (2024): Promise of Future Searches for Cosmic Topology. In: Physical review letters 132 (17), S. 171501. DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.171501.
Bernardis, P. de; Ade, P. A.; Bock, J. J.; Bond, JR; Borrill, J.; Boscaleri, A. et al. (2000): A flat Universe from high-resolution maps of the cosmic microwave background radiation. In: Nature 404 (6781), S. 955–959. DOI: 10.1038/35010035.
Conover, Emily (2024): The universe may have a complex geometry — like a doughnut. In: Science News Magazine, 13.05.2024. Online verfügbar unter https://www.sciencenews.org/article/universe-geometry-doughnut-physics, zuletzt geprüft am 04.07.2024.
Cornish, Neil J.; Weeks, Jeffrey R. (1998): Measuring the shape of the Universe.
Cottier, Cody (2021): What shape is the universe? In: Astronomy magazine, 23.02.2021. Online verfügbar unter https://www.astronomy.com/science/what-shape-is-the-universe/, zuletzt geprüft am 04.07.2024.
Cottier, Cody (2021): What shape is the universe? In: Astronomy magazine, 23.02.2021. Online verfügbar unter https://www.astronomy.com/science/what-shape-is-the-universe/, zuletzt geprüft am 04.07.2024.
Heavens, Alan (2010): Cosmology: geometry of the universe. In: Nature 468 (7323), S. 511–512. DOI: 10.1038/468511a.
Shapiro, Joey (2001): The Shape of the Universe: Ten Possibilities. In: Am. Sci. 89 (5), S. 443. DOI: 10.1511/2001.34.443.
Shu, Wun-Yi (2015): The Geometry of the Universe. In: ms 3 (4), S. 75–88. DOI: 10.13189/ms.2015.030401.
Dëse Reportage gouf an Zesummenaarbecht mat RTL Radio ausgeschafft an op der Antenne vun RTL Radio diffuséiert. All zweet Woch présentéiert de Mr Science op RTL Radio wat fir eng Fuerschung hannert Objeten aus dem Alldag stécht. All d’Emissioune fënns du hei: http://radio.rtl.lu/emissiounen/science/.
