In 13 Milliarden Lichtjahren Entfernung

Die Frage, wie weit ein Stern entfernt ist, schwankt irgendwie zwischen Philosophie und Physik. Stellt euch vor, jemand erzählt, man hätte eine Galaxie in 13 Milliarden Lichtjahren Entfernung beobachtet – was heißt das eigentlich? Meistens wird das so verstanden: „Das Licht war 13 Milliarden Jahre unterwegs“. Aber Achtung – das ist nur die halbe Wahrheit. Denn schwere Massen verbiegen nicht nur Licht, sie dehnen und stauchen auch die Zeit selbst wie einen Kaugummi. Die Gesamtdichte des Kosmos war höher, daher auch eine höhere durchschnittliche Schwerkraft, daher auch eine höhere Zeitdilatation

Als die Galaxie das Licht vor 13 Milliarden Jahren losschickte, war sie nicht mal annähernd 13 Milliarden Lichtjahre entfernt. Warum? Weil sich das Universum ständig ausdehnt – wie ein Rosinenbrötchen im Backofen, das immer größer wird. Stellt euch vor, ihr lauft auf einem Gummiband, das jemand gleichzeitig auseinanderzieht. Die Strecke hinter euch wird länger, während ihr lauft. So ähnlich ist das Licht unterwegs: Die ursprüngliche Distanz betrug damals nur etwa 5 Milliarden Lichtjahre.

Doch das ist nicht alles: Massereiche Objekte wie Galaxien verlangsamen die Zeit in ihrer Nähe messbar. Je stärker die Gravitation, desto träger ticken Uhren – ein Effekt aus Einsteins Relativitätstheorie. In der Nähe eines Schwarzen Lochs im Galaxienkern vergeht die Zeit für einen fernen Beobachter fast wie in Zeitlupe. Selbst auf der Erde ticken Satellitenuhren wegen der schwächeren Gravitation in 20.000 km Höhe 0,0000007 Sekunden pro Tag schneller als am Boden. Bei unserer 13-Milliarden-Lichtjahre-Galaxie ist dieser Effekt zwar winzig – aber die reine Existenz solcher Zeitverzerrungen zeigt: Distanz und Zeit sind untrennbar verknüpft.

Und heute?
Dank der dunklen Energie, die das Universum immer schneller auseinandertreibt, ist die Galaxie mittlerweile rund 33 Milliarden Lichtjahre entfernt. Das heißt nicht, dass sie sich selbst so schnell bewegt – der Raum zwischen uns bläht sich einfach auf. Beobachten könnt ihr sie aber nie in ihrem heutigen Zustand, denn ihr aktuelles Licht wird uns nie erreichen.

Woher ist das bekannt?
Der Knackpunkt ist die Rotverschiebung – je weiter etwas entfernt ist, desto mehr wird sein Licht gestreckt, wie bei einem Gummiband, das man auseinanderzieht. Diese Dehnung verrät uns, wie stark sich der Raum seit der Emission des Lichts ausgedehnt hat (sieht man meines Wissens schön an den Spektralabdrücken von Licht, das durch bestimmt Gaswolken gewandert sein muss).

Das größere Problem:
Wir reden hier von Distanzen, die niemand direkt messen kann. Die „33 Milliarden“ sind ein theoretischer Wert – errechnet aus Annahmen, die vielleicht falsch sind. Gleichzeitig ist die Galaxie längst hinter unserem Beobachtungshorizont verschwunden. Ihr heutiges Licht kommt nie bei uns an, weil sich der Raum dazwischen schneller ausdehnt, als das Licht hinterherkommt.

Fazit:
Die 13 Milliarden Lichtjahre sind eigentlich ein Raumzeit-Puzzle. Wir kombinieren Messdaten, Relativitätstheorie und jede Menge Mutmaßungen – aber am Ende bleibt ein verrückter Widerspruch: Wir sehen nur die Vergangenheit, und die wahre Entfernung entzieht sich für immer. Die Zeit selbst ist dabei kein fester Fluss, sondern ein dehnbares Gewebe, das von Massen verbogen wird. Irgendwie philosophisch, oder? ;-) Astrophysiker geben daher in der Regel auch keine Entfernungen mehr an, sondern nur noch die Rotverschiebung z. Die lässt sich nämlich direkt messen, und niemand stelt blöde Fragen über ein wo, auf die es keine Antwort geben kann.

moredread schrieb:was heißt das eigentlich?

Das heißt, dass sie SEEEEEHR weeeeeeeiiit entefernt von hier sein muss.

Gucky.

Gucky87 schrieb:Das heißt, dass sie SEEEEEHR weeeeeeeiiit entefernt von hier sein muss.

Es ist so weit weg, das Entfernungen ihre Bedeutung verloren haben, so weit, das man von metern auf sekunden schaltet. Verblüffend!

Durch die überlichtschnelle Raumausdehnung müssten sich ja im Grunde immerzu sehr weit entfernte Galaxien "ausknipsen".
Das sollte man dann im Prinzip auch bei Deepfield-Beobachtungen sehen können, oder?
Man müsste lange auf eine Stelle starren und dann gehen gehen sukzessive die Lichter aus.
Die Frage ist: Wie oft käme das vor und könnte man es mit heutigen Mitteln sehen?

stefan33 schrieb:Man müsste lange auf eine Stelle starren und dann gehen gehen sukzessive die Lichter aus.

Ich denke hier liegt bei dir ein Denkfehler vor. Die Lichter gehen nicht einfach aus, sondern werden langsam immer schwächer. Plötzlich verschwinden tut nichts.

Das Licht kommt bei uns an, solange die Lichtgeschwindigkeit die Raumausdehnung überwiegt.
Irgendwann kommt der Punkt, wo es kippt. Dann geht das Licht aus.
Schwächer wird es natürlich auch, aufgrund der zunehmenden Entfernung, aber das meine ich nicht.

Sie werden so lange rotverschoben, bis ihre Wellenläne in der Größenordnung unserer Galaxis ist, dann haben sie sich spätestens der Beobachung entzogen.

IIRC ist irgenwann so in 150 Milliarden Jahren alle anderen Galaxien, mit denen wir nicht gravitativ gebunden sind, so weit rotverschoben. Die Zahl habe ich noch so im Kopf, Quelle: "A Universe from Nothing" von Lawrence Krauss.

Aber das ist der Grundgedanke: Das beobachtbare Universum schrumpft. Wir leben glücklicherweise in der Zeit, in der schon genug Material für Planeten in Sternen erzeugt wurde, aber noch viele Galaxien beobachtbar sind. Wir leben in glorreichen Zeiten, im goldenen Zeitalter, zumindest was Kosmologie, Astronomie und Astrophysik berifft!

Grüße
Omega Minus

stefan33 schrieb:Man müsste lange auf eine Stelle starren und dann gehen gehen sukzessive die Lichter aus.
Die Frage ist: Wie oft käme das vor und könnte man es mit heutigen Mitteln sehen?

Man konnte ja mit Hubble sehr schöne Bilder machen, aber das klappt nur, weil alles sehr lang belichtet wird und weil alles stillsteht. Hubble ist fix und die Galaxie fast fix. Man müßte also, je nach Geschwindigkeit der Ausdehnung, z.B. alle 10 Jahre ein Bild machen. Aneinandergereiht gibt das einen kleinen Zeitraffer-Film.