Je nach Entfernung versch. Methoden zu deren Bestimmung:
Entfernungsbereiche der Methoden überlappen sich.
2026-09-06
(Detailreicher im Buch Kapitel 33, hier nur ein Überblick)
\[ \bbox[lightyellow,12px] { z\ =\frac{\Delta \lambda}{\lambda_0}=\frac{v}{c} }\]
Hubble erkannte in den Messwerten, dass sich Galaxien, je weiter sie entfernt sind, um so schneller von uns entfernen! Der Zusammenhang zwischen der Entfernung \(r\) und \(v = z \cdot c\) ist linear. (Mpc sind Megaparsec)
\[\bbox[lightyellow,12px] { v = r \cdot H_0 = r \cdot 74 \frac{km}{s \cdot Mpc} }\]
Anmerkung (kein Stoff): Der aktuelle Wert für \(H_0\) ist als nicht-konstant anzusehen. Er durchlief in der Geschichte des Universums verschiedene Werte.
Selbst im 21. Jhd. liegt der Zahlenwert von \(H_0\) je nach Quelle zwischen 70 und 74, da die Messungen immer noch mit signifikanter Ungenauigkeit erfolgen und sich je nach Methode deutlich unterscheiden. In Prüfungen verwenden wir den oben verwendeten Wert 74 aus der Formelsammlung.
Der Kehrwert der Hubble-Konstanten ist das sogenannte Weltalter, also die rückwärts extrapolierte Expansion bei angenommener Konstanz von \(H_0\):
\[ \bbox[lightyellow,12px] { \begin{align} T=\cfrac{1}{H_0} &= \cfrac{s \cdot Mpc}{74 km}= \cfrac{s \cdot 3,1 \cdot 10^{19}km}{74 km} \\ &=4,2\cdot 10^{17}s\approx 13\ Mrd.\ Jahre \end{align} }\]
Es ist nicht so, dass die Galaxien sich speziell von uns entfernen - sie entfernen sich genauso auch von einander. Genauso bewegen sich Rosinen in einem Hefeteig, der gleichmäßig aufgeht, von einander. Je größer ihr Abstand ist, um so größer ist die Geschwindigkeit, mit der sie sich von einander entfernen. Stehst du im Teig und ortest in alle Richtungen Rosinen, so gibt es kein erkennbares Zentrum, solange du kein Teig-Ende siehst…
Im Universum sehen wir den Rand des Hefeteigs nicht - er ist außerhalb unserer Sichtweite.
Das Weltalter wäre die Zeitspanne, vor der rechnerisch alle Rosinen an einem Platz gewesen wären.
Da der Zusammenhang nun als gegeben angesehen werden kann, können wir aus der Rotverschiebung einer Galaxie ihre Entfernung berechnen!
Bsp.: “Eine Spektrallinie ist um 20% nach rot verschoben. Berechne, wie weit das Objekt entfernt ist!” \[ \bbox[lightyellow,12px] { \begin{align} &→\ z=0,2\ →\ v = 0,2c\ \\ &→\ r=\cfrac{v}{H_0} =\cfrac{ 0,2\cdot 3\cdot 10^8 \frac{m}{s}}{ 74000 \frac{m}{s \cdot Mpc}} =810 Mpc \end{align} }\]
Anmerkung: Hohe Werte für z wie z.B. 7 sind möglich. Dann gilt
aber die Dopplerformel längst nicht mehr und die Erklärung mit einer
Bewegung der Galaxie von uns weg ist nur noch ein Modell. In
Wirklichkeit dehnt sich der Raum selbst aus, was sich auf die ihn
durchquerende elektromagnetische Welle auswirkt. Z.B: bedeutet z=1 dass
sich die Wellenlänge verdoppelt hat, weil sich seit dem Aussenden des
Licht die Größe des Raums verdoppelt hat und die Welle entsprechend
gestreckt wurde.
Außerdem gibt es eine aus dem Energieerhaltungssatz folgende
gravitative Rotverschiebung (Neutronenstern z.B.
z=0,3). Mehr dazu unter allgemeine Relativitätstheorie…
Je nach Entfernung versch. Methoden zu deren Bestimmung:
Entfernungsbereiche der Methoden überlappen sich.
Einerseits ist es um unser Sonnensystem recht leer, trotzdem ist es Teil der Milchstraße.
Auch um die Milchstraße herum ist es scheinbar sehr leer, aber es gibt ca. 35 bis 40 benachbarte Galaxien, welche immer noch miteinander und mit der Milchstraße gravitativ gebunden sind (→ sie können nicht weg, sind also auch nicht von der Galaxienflucht betroffen). Dies ist die sogenannte Lokale Gruppe - eine Galaxiengruppe (mit <50 Galaxien im Gegensatz zum Galaxienhaufen mit > 50 bis weit über 1000 Galaxien).
Unsere Lokale Gruppe ist Teil des Virgo-Superhaufens, der 100 bis 200 Galaxienhaufen und -gruppen enthält.
Selbst so ein Superhaufen wird aber noch durch die Gravitation größerer Superhaufen beeinflusst (aber nicht festgehalten) wie dem „Großen Attraktor“ mit:
Betrachtet man die Materieverteilung in noch größerem Maßstab, so stellt man fest, dass es dichtere (mehr Galaxienhaufen) und weniger dichte Bereiche gibt. Siehe unten unter Kosmologie.
Quasare sind ab 1963 entdeckte Objekte, die zunächst als starke Radiostrahler entdeckt wurden. Auch im sichtbaren Bereich sind sie absolut hundertfach heller als normale Galaxien, scheinbar aber nur sehr lichtschwach, da sie - bewiesen durch eine extreme Rotverschiebung - viele Milliarden Lichtjahre entfernt sind. Sie können nur Lichttage oder Lichtwochen im Durchmesser sein, da sie oft in Tagen oder Wochen Schwankungen unterworfen sind. Bei ihrer Entdeckung erschienen sie auf Fotoplatten als winzige Punkte, konnten aber wegen der Strahlungsstärke keine Sterne sein. Daher der Name Quasi-stellare Objekte. Es dürfte sich tatsächlich um die Kerne „aktiver Galaxien” handeln.
Andrew Z. Colvin und Duff06, CC BY-SA 3.0, https://de.wikipedia.org/wiki/Virgo-Superhaufen#/media/Datei:6_Virgo-Superhaufen_(beschriftet).png↩︎
“Als Synchrotronstrahlung bezeichnet man die elektromagnetische Strahlung, die tangential zur Bewegungsrichtung geladener Teilchen abgestrahlt wird, wenn diese aus einer geraden Bahn abgelenkt werden. Da die Ablenkung im physikalischen Sinne eine Beschleunigung (Änderung des Geschwindigkeitsvektors) darstellt, handelt es sich um eine besondere Form der Bremsstrahlung. Relevant wird die Synchrotronstrahlung bei relativistischen Geschwindigkeiten der Teilchen nahe der Lichtgeschwindigkeit. Der Name Synchrotronstrahlung rührt von ihrem Auftreten in Synchrotron-Teilchenbeschleunigern her, bei denen Teilchen auf Kreisbahnen auf solche Geschwindigkeiten beschleunigt werden. Heutzutage wird Synchrotronstrahlung vielfach verwendet zur Strukturaufklärung von verschiedensten Materialien. Ein Vorteil gegenüber vielen anderen Methoden ist die hohe Brillanz, mit der diese Strahlung erzeugt werden kann. Synchrotronstrahlung kann auch natürlich im Weltraum bei verschiedensten Prozessen entstehen. Eine natürliche Quelle für Synchrotronstrahlung im All ist z. B. Jupiter, der seine Monde mit dieser Art der Strahlung beschießt.” (CC BY-SA, https://de.wikipedia.org/wiki/Synchrotronstrahlung)↩︎
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