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Astro-Forschung
Eine kleine Geschichte des Himmels

Siegfried Beißwenger

Abb. 1: Die Entwicklung des Universums (Bild: DLR)

Nach dem kosmologischen Standardmodell (Abb.1) entstanden Raum, Zeit und Materie aus purer Energie im sogenannten „Urknall“. Der Urknall selbst bleibt dabei noch im Geheimen, denn erst nach der unvorstellbar kurzen Zeit von 10-43 Sekunden, der sogenannten Planckzeit, sind unsere bekannten physikalischen Theorien anwendbar. Für den „Augenblick“ davor könnte eine Quanten-Gravitationstheorie weiterhelfen. Doch die haben wir noch nicht.

Das neugeborene Universum war zu Anfang unvorstellbar dicht und heiß. Gleichzeitig expandierte es mit großer Geschwindigkeit. Diese Expansion bewirkte eine ständige Abkühlung. Aus einer einzigen Urkraft „froren“ die vier physikalischen Grundkräfte, die wir heute kennen, nacheinander aus.

Nach 10-30 Sekunden bei einer Temperatur von 1025 Kelvin begann die Baryogenese, d. h. die Bildung schwerer Teilchen in Form von Quarks und Antiquarks, die in einem Quark-Gluonenplasma vorlagen. Unter ständiger Abkühlung wurden weitere Teilchenumwandlungen durchlaufen. Nach einer Hundertstelsekunde bildeten sich bei ca. 10 Milliarden Kelvin die ersten Kerne. Unterhalb dieser Temperatur waren im Wesentlichen nur noch „Protonen“ und „Neutronen“ existenzfähig. Daneben gab es Elektronen und Neutrinos plus sehr viele Photonen. Damit war die Bildung der Bestandteile, die die gewöhnliche, sichtbare Materie aufbauen, abgeschlossen. Das kosmologische Standardmodell verlangt darüber hinaus die Existenz einer großen Menge sogenannter Dunkler Materie, die nur mittels Gravitation mit der sichtbaren Materie wechselwirkt. Ohne diese Dunkle Materie wäre eine spätere Strukturbildung nicht möglich gewesen. Im Gegensatz zur gewöhnlichen Materie, die die Elementarteilchenphysik im Detail kennt, weiß man bei der Dunklen Materie bisher nicht, aus was sie besteht.

Durch Kernfusion bildeten sich ab 10 bis 300 Sekunden dann noch Heliumkerne und etwas später Spuren von Lithium und Beryllium. Nach ca. 5 Minuten war die Temperatur soweit gesunken, dass die Kernfusion zum Erliegen kam. Damit war die sogenannte primordiale Nukleosynthese abgeschlossen. Die sichtbare Materie bestand jetzt im Wesentlichen zu 75 % aus Wasserstoffkernen und zu 25 % aus Heliumkernen. Zusätzlich muss davon ausgegangen werden, dass die Dunkle Materie die Dichte der sichtbaren Materie um ein Mehrfaches übertroffen hat.

 

Titelbild Ausgabe 2/2022

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