Vom Urknall zur Dunklen Energie

Transkript

1 Wie ist unser Universum entstanden und wie wird es enden? Wie werden Sterne geboren, leben und sterben dann? Woher kommen die Elemente im Universum?

2 Einleitung Entstehung des Universums vor ungefähr 14 Milliarden Jahren im Urknall Hintergrundstrahlung Zustand extrem hoher Dichte und Temperatur Woher weiß man, dass es einen Urknall gegeben hat? 1. Rotverschiebung: Auseinanderbewegung der Galaxien 2. Hintergrundstrahlung: Reststrahlung des Urknalls 3. Elemententstehung: Entstehung von leichten Elementen beim Urknall

3 Entwicklung der Sterne Der Kugelsternhaufen M11 in unserer Milchstraße enthält über 1000 Sterne Sterne werden geboren, leben eine Zeit lang und sterben dann Die Lebensdauer der Sterne beträgt Millionen bis Milliarden Jahre Energiequelle: nukleares Brennen (Kernfusion)

4 Geburt der Sterne Geburt eines Sterns: Zusammenziehen einer Wolke bestehend und Gas und Staub auf Grund der Schwerkraft Dichte und Temperatur im Zentrum wird immer größer: Kernreaktionen zünden In dieser gigantischen Wolke genannt Orion A werden laufend neue Sterne gebildet Wolke mit jungen Sternen

5 Hauptreihensterne Im Zentrum des Sterns: Verbrennung von Wasserstoffkernen (Protonen) zu Heliumkernen (Alpha- Teilchen). Man nennt diese Sterne Hauptreihensterne Auch unsere Sonne ist ein Hauptreihenstern und verbrennt derzeit Wasserstoff Ein Kugelsternhaufen - die gelben Sterne sind Hauptreihensterne

6 Rote Riesen Am Ende seines Leben bläht sich ein Stern gewaltig auf und beginnt rötlich zu leuchten: Rote Riesen Auch unsere Sonne wird in etwa 5 Milliarden Jahren zu einem Roten Riesen. Rote Riesen wie z.b. der Stern Beteigeuze sind sogar wesentlich größer als die Umlaufbahn der Erde um die Sonne

7 Tod der Sterne Schematische Darstellung des Tods eines Sterns Im Stadium des Roten Riesen ist der Stern bereits sehr alt Art des Sternentods ist von Masse abhängig Das Ende der Sterne erfolgt entweder durch Verlust der äußeren Hülle durch Winde oder eine Explosion

8 Tod von Sternen mit weniger als 8 Sonnenmassen Absprengung der Außenschicht des Sterns planetarischer Nebel Vom Roten Riesen bleibt nur der innerste Teil übrig: Weißer Zwerg Der Helixnebel ist ein planetarischer Nebel - genau in der Mitte des planetarischen Nebels sieht man den Weißen Zwerg Planetarischer Nebel

9 Tod von Sternen mit mehr als 8 Sonnenmassen Explosion katastrophalen Ausmaßes: Supernova Die Supernova 1987A in der Großen Magellanschen Wolke Übrig bleibt eine sich ausdehnende Wolke und im Inneren des Sternsein Himmelskörper extrem großer Dichte: Neutronenstern Schwarzes Loch Supernova Supernovaexplosionen gab es in unserer Milchstraße in den Jahren: 1054, 1181, 1572, 1604 und vor nicht zu langer Zeit in der großen Magellanschen Wolke (einer Begleitgalaxie der Milchstraße) am (SN1987A)

10 Der Lebensweg der Sterne Geburt der Sterne aus interstellaren Wolken Kontraktion Lebensstadium: Hauptreihensterne Expansion der Hülle Tod des Sterns: Hauptreihenstern - Interstellare Materie Sterne unter 8 Sonnenmassen: Weißer Zwerg - Sterne über 8 Sonnenmassen: Der Stern explodiert als Supernova: Neutronenstern oder Schwarzes Loch Schwarzes Loch Roter Riese Neutronenstern Weißer Zwerg

11 Entstehung der Elemente Nukleosynthese Entstehung der chemischer Elemente (Nukleosynthese): Primordiale Nukleosynthese: H, He und Li etwa drei Minuten nach dem Urknall erzeugt Interstellare Nukleosynthese: Li, Be und B durch kosmische Strahlung in der interstellaren Materie erzeugt Stellare Nukleosynthese: C bis U in den Sternen erzeugt Häufigste Elemente in unserem Universum: - Wasserstoff: 76% - Helium: 23% - Alle anderen Elemente: 1%

12 Entstehung der Elemente in Sternen Der Trifid Nebel: Hier werden Sterne aus interstellaren Wolken geboren und verschwinden durch Sternenwinde und Sternexplosionen (Supernovae) wieder

13 Das Universum Computerrechnung der Struktur unseres Universums: filamentartigen Aufbau mit riesigen Leerräumen Dieser Aufbau ist nur erklärbar durch die Annahmen von Dunkler Materie und Dunkler Energie 10 Milliarden Lichtjahre

14 Woraus ist das Universum aufgebaut? Unser Universum setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen: Nur 4% normale Materie: Sterne, interstellare Materie Größte Teil des Universum besteht aus Unbekanntem: - 1/3 aus Dunklen Materie - 2/3 aus Dunklen Energie

15 Dunkle Materie Diskrepanz zwischen beobachteten und berechneten Massen in Galaxien und Galaxienhaufen Sterne bewegen sich zu rasch um die Zentren der Galaxien Galaxienhaufen würde sich in ihre Bestandteile auflösen Beide Beobachtungen nur durch eine die Anziehung durch die Schwerkraft auf Grund von zusätzlicher Materie erklärbar Diese zusätzliche Materie hat den Namen Dunkle Materie erhalten

16 Dunkle Energie Bewirkt eine Beschleunigung der Ausdehnungsgeschwindigkeit des Universums Auf Grund der Gravitationsanziehung der Materie Abbremsung der Ausdehnung des Universums Aber Beobachtungen ergaben: Universum dehnt sich immer schneller aus Grund: Dunkle Energie

17 Was sind Dunkle Materie und Dunkle Energie? Woraus die Dunkle Materie in unserem Universum besteht ist uns unbekannt Möglicher Kandidat sind supersymmetrische Teilchen Keine überzeugende Theorie für Dunkle Energie Mögliche Kandidaten: Energie des Vakuums, ein zusätzliches Feld

18 Zusammenfassung: Entwicklung des Universums Entstehung des Universum im Urknall vor etwa 14 Milliarden Jahren Entstehung der Elemente in den Sternen beginnend mit den ersten Sternen etwa 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall Entstehung des Sonnensystems vor etwa 5 Milliarden Jahren Entwicklung des Lebens während der letzten 4 Milliarden Jahre auf der Erde In Zukunft durch die Dunkle Energie immer schnellere Ausdehnung des Universums