9 March 2008

Alter des Universums noch genauer bestimmt.

Dies ist eigentlich ein Post für Hinterm Mond gleich links. Ich kann mich nur auf einen kurzen Artikel aus der NY Times beziehen, in dem es heißt, dass neueste Messungen das Universum auf 13,73 Milliarden Jahre datieren, plus/minus 120 Mio. Jahre. Das bestimmte Alter bestätigt ältere Messungen, aber mit einer verringerten Ungenauigkeit.
That age, based on precision measurements of the oldest light in the universe, agrees with results announced in 2006. Two additional years of data from a NASA satellite known as the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe have narrowed the uncertainty by tens of millions of years.
[Quelle: NY Times]

Interessanter noch sind die Aussagen, die anhand der Daten über die Vorgänge direkt nach dem Big Bang (in der Größenordnung von etwa 10-35 bis 10-32 Sekunden) gemacht werden können, besonders im Hinblick auf die Idee der kosmischen Inflation. Diese besagt, dass sich das Universum direkt nach dem Big Bang sehr schnell ausgedehnt hat, so schnell, dass sich einige Punkte mit einer Geschwindigkeit schneller als die Lichtgeschwindigkeit von einander entfernt haben.
In just a tiny fraction of a second, the Universe could have expanded many, many, many orders of magnitude in size. Two points in space would have moved away from each other faster than it would take light to travel between them. This faster-than-light expansion does not violate Einstein's Special Relativity, since that theory applies to the motion of light within space, not to the expansion of space itself.
[Quelle: NASA]

Eine kosmische Inflation könnte erklären, warum das Universum anscheinend genau die richtige "Dichte" hat. Wäre die Dichte sehr viel größer als diese kritische Dichte (Das Verhältnis der beobachteten Dichte zur "kritischen" Dichte [Ω] wäre viel größer als 1), würde das Universum irgendwann unter dem eigenen "Gewicht" kollabieren ("Big Crunch"), wäre sie sehr viel kleiner, würde es so stark expandieren, dass alles erstarren würde ("Big Chill").

Nur wenn die durchschnittliche Dichte sehr nahe der kritischen Dichte ist, befindet sich das Universum in einer Art stabilem Gleichgewicht, es ist "flach".
An intermediate scenario happens if the average density of our universe is equal to the critical density--the average density of matter needed to arrest the expansion of the universe without bringing about a Big Crunch. Cosmologists express this relationship as the ratio of the average density to the critical density: Omega. Measurements of Omega today range from 0.1 to 1. Most scientists believe that the universe is not headed for a Big Crunch.

Both the average density of the universe and the critical density change with time. When the universe was very young, and very dense, these numbers changed very rapidly. If the average density of the universe were even slightly greater or smaller than the critical density in the instant following the Big Bang, Omega would have zoomed to infinity (a quick Big Chill) or crashed to zero (the Big Crunch). The fact that we are still around, approximately 15 billion years later, is evidence that the critical density must have been extremely close--equal within 1 part in 10^15--to one after the Big Bang.

To make the Standard Big Bang theory correspond to reality, cosmologists had to make the assumption that the average density of the universe was equal to the density immediately following the Big Bang. But how? This assumption, like the isotropy assumption, isn't explained. Since an Omega of one corresponds to a flat universe, this is known as "The Flatness Problem."
[Quelle: The Flatness Problem]

Die Tatsache, dass wir uns immer noch darüber unterhalten können, wäre ein Hinweis darauf, dass die initiale Dichte des Universums nach dem Big Bang sehr nahe der kritischen Dichte (und sehr nahe der heutigen Dichte) gelegen haben muss - nur gibt es keine Erklärung dafür, wie das möglich sein sollte.
Die kosmische Inflation bietet eine alternative Erklärung für die heutigen Verhältnisse, die ein "flaches" Universum nahelegen. Unabhängig von dem anfänglichen Omega-Wert, hätte eine initiale sehr schnelle Expansion dafür gesorgt, dass sich Omega 1 annähert, das Universum also "flach" wird. Zudem würde es die annähernd homogene Hintergrundstrahlung des Universums erklären.
Inflation solves the flatness problem since inflating space automatically drives Omega to a value nearly equal to 1, just as inflating a balloon to an enormous size makes its surface nearly flat. Inflation solves the horizon problem by kicking in at the very earliest moments of cosmic history, when the Universe was still in thermal equilibrium (meaning every region had the same temperature). Inflation would greatly magnify these uniform initial conditions, insuring that all regions of the Universe at later times would have nearly equal temperatures, as seen in the CMB [cosmic microwave background = kosmische Hintergrundstrahlung].
[Quelle: NASA]

Die Studie, die in dem NY Times Artikel angesprochen wird, basiert auf der Messungen der Hintergrundstrahlung und minimaler Abweichungen davon. Ein Autor der Studie, Charles L. Bennet, erklärt, dass diese Messungen so genau sind, dass damit einige der vorgeschlagenen Modelle zur kosmischen Inflation widerlegt werden können, während andere weiterhin mit den gemessenen Daten übereinstimmen.
Yet there are slight variations in the background, which the NASA satellite has been measuring since 2001. Those variations have given evidence supporting an idea known as cosmic inflation, a rapid expansion of the universe in the first trillionth of a trillionth of a second of its existence.

The new set of data is precise enough to differentiate between various proposed models of inflation. “Some of them are now completely ruled out, some of them are hanging at the edge and some of them are perfectly fine,” Dr. Bennett said. “We are sorting between these things.”
[Quelle: NY Times]

Wow. Auch wenn mein Verständnis von Astrophysik minimal ist (an dieser Stelle meine Entschuldigung an alle Fachleute für meinen laienhaften Versuch, das einigermaßen verständlich darzustellen), faszinieren mich solche Ergebnisse immer wieder. Dass es möglich ist, über einen solch riesigen Zeitraum hinweg (fast 14 - äh, 13,73 +/- 0,12 Milliarden Jahre) noch Aussagen über die vermutlichen Vorgänge zu dem Zeitpunkt machen zu können, ist meiner Meinung nach eine unglaubliche Leistung.

MfG,
JLT

6 Kommentare:

Florian said...

Ja, die neuen WMAP Ergebnisse sind tatsächlich phänomenal! Das mit dem Alter ist ja auch noch lang nicht alles - auch sehr beeindruckend finde ich z.B., das man nun ziemlich genau bestimmen konnte, wann die Rekombination eingesetzt hat: als das Universum 375.938 +/- 3100 Jahre alt war! Solche genauen Werte waren bisher in der Kosmologie nicht möglich. WMAP hat hier wirklich fundamentale Fortschritte gebracht.

L. Carone said...

Jepp, Astronomy rules ;-)

Soviel zu erzählen, so wenig Zeit zum Bloggen (seufz)

JLT said...

@ Ludmila:
Wem sagst Du das... Bin eigentlich gerade dabei, einen Vortrag vorzubereiten ...
Aber schade, ein Post von einer Fachfrau oder einem Fachmann [schaut bedeutungsschwer zu Florian rüber] zu dem Thema würde mich wirklich interessieren ;-)

MfG,
JLT

florian said...

@jlt: ich will mich ja jetzt nicht rausreden - aber tatsächlich bin ich auch gerade dabei, einen vortrag vorzubereiten ;)

aber mal schauen, vielleicht krieg ich im laufe der woche noch was zum thema WMAP hin (allerdings ist kosmologie auch nicht wirklich mein gebiet).

bei bad astronomy gibts zumindest schon einen beitrag...

florian said...

nachtrag: bei einsteins kosmos gibts auch nen schönen artikel über die WMAP resultate.

JLT said...

Hi Florian,

Danke! Beides sehr gute Artikel, sehr interessant. Da bist Du ja noch mal drumrum gekommen ;-)

MfG,
JLT