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CL015 Die Dunkle Energie im Universum

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Die Episode über die Dunkle Energie

CL015 - Die Dunkle Energie im Universum

Die Episode über die Dunkle Energie

Die Episode über die Dunkle Energie oder warum sich das Universum immer schneller ausdehnt. Und es gibt Neuerungen bei Cosmic Latte! Unser Podcast erscheint ab nun alle zwei Wochen. Und: Ihr könnt uns gerne unterstützen und zwar bei Steady, Patreon, Paypal!

Einleitung

Nachdem wir beide nicht die Perseiden im August beobachtet haben, widmen wir uns gleich dem ersten Thema. Es gibt nämlich ein Update zu Cosmic Latte: in einem Paper geht der argentinische Astronom Guillermo Abramson nämlich der Frage nach, welche Farbe die Milchstrasse hat. Dafür verwendet er die Daten von über zwei Millionen Sternen aus dem Gaia Katalog. Sein Ergebnis vergleicht er dann mit der Studie der John Hopkins Universität, die vor zwanzig Jahren die Farbe des Universums feststellten: Cosmic Latte - und wir erinnern uns dabei an die erste Episode von Cosmic Latte. Das Paper könnt ihr hier nachlesen.

Euclid und das Dunkle Universum - Teil 2

Die ESA Mission Euclid ist im Juli gestarte und hat bereits das erste Bild geliefert. Nachdem Eva in Episode 13 bereits über die Mission und ihre Ziele, im besonderen über die Dunkle Materie gesprochen hat, sehen wir uns dieses Mal den zweiten Teil des Dunklen Universums an: die Dunkle Energie!

Die Entdeckung der Dunklen Energie

Während die Dunkle Materie ganze Galaxien zusammenhält, soll die Dunkle Energie genau anders wirken und der Grund dafür sein, dass das Universum beschleunigt expandiert. Sie wirkt also gegen die Gravitation, die eine anziehende Kraft ist. Was es genau ist, wissen wir noch immer nicht so genau, sie macht aber 68% der gesamten Energie/Materie im Universum aus.

Dass sich Galaxien immer weiter von uns entfernen beobachtete der amerikanische Astronom Edwin Hubble bereits 1929. Er hat eine Rotverschiebung des Lichts bei weit entfernten Galaxien festgestellt. Das Licht verrät nämlich, ob sich ein Objekt auf uns zu- oder weg bewegt; entfernt es sich von uns, ist es rotverschoben. Die Theorie dazu stellte 1927 George Lemaitre, ein belgischer Kosmologe, anhand der Verteilung der Galaxien und ihrer Rotverschiebung auf. Aufgrund der Entdeckung der Expansion schloss man, dass das Universum seine Existenz vor 13,8 Mrd Jahren mit dem Urknall begann. Sehr lange hielt sich daher die Vorstellung, dass die Expansion durch die Gravitation gebremst wird, sich also mit der Zeit verlangsamt. Damals spielte die Dunkle Energie aber noch keine Rolle. Diese wurde erst in den späten 1990er-Jahren entdeckt: 1998 wollten zwei voneinander unabhängige Forscherteams herausfinden, wie die Anziehung zwischen den Galaxien die Expansion bremst, und die Verlangsamung bestimmen.

Die Teams entdeckten nun das Gegenteil von dem was sie erwartet hatten: das Universum die Expansion wird nicht langsamer, sondern sie beschleunigt sich.

Doch was treibt diese Beschleunigung an? So kam die Dunkle Energie ins Spiel, mit der dieser Effekt bezeichnet wurde.
Dabei steht Dunkle Energie jetzt mal als Name für eine Energieform im Universum; die weder baryonischer Natur ist, noch mit der Dunklen Materie identifiziert werden kann.

Als nächstes wurde die Beschleunigungsrate bestimmt, die so genannte Hubble Konstante, welche die Expansions-Rate des Universums angibt. Bei den Messungen tauchten jedoch die ersten Probleme auf: denn je nach Methode bzw. Instrument fiel bzw. fällt die Hubble Konstante unterschiedlich aus und schwankt zwischen den Werten 69,7 km/sMpc und 74,2 km/sMpc. (1 Megaparsec (Mpc) = 3,26 Mio Lichtjahre / Entfernungseinheit in der Kosmologie)

Erklärungsmodelle für die Dunkle Energie

Mittlerweile gibt es einige Theorien bzw. (Erklärungs-)modelle zur Dunklen Energie, die versuchen die Beschleunigung zu erklären.

Die kosmologische Konstante:

Das ist wahrscheinlich das bekannteste Modell, weil es auf Albert Einstein zurück geht. Sie taucht das erste Mal in seinen Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie im Jahr 1915 auf. Damals wusste man aber noch nichts von der Ausdehnung des Universums, man hielt es für statisch. Damit das Universum aber statisch ist und es auch bleibt, brauchte es einen Effekt bzw. einer Kraft, die der anziehenden Kraft der Materie entgegenwirkt (die kosmologische Konstante). Einstein verwarf seine Idee der kosmologischen Konstante allerdings wieder, als die Expansion des Universums entdeckt wurde. Allerdings lag er aber nicht ganz daneben damit, denn als man entdeckte, dass sich das Universum sogar beschleunigt ausdehnt, holte man die kosmologische Konstante wieder hervor um den konstant wirkenden Beschleunigungsfaktor in den Modellen abbilden zu können. Es könnte sich dabei um eine Eigenschaft des Raumes selbst handeln, und je mehr Raum entsteht, desto mehr nimmt auch die Beschleunigung zu. Das Problem hier ist allerdings, dass die Berechnungen der Quantentheorie mit den Beobachtungen der Astophysik um 120 Größenordnungen auseinander gehen.

Die Quintessenz:

Der, auf den ersten Blick etwas esoterisch anmutende, Begriff geht auf die antike Naturphilosophie zurück, in der es neben den Elementen Erde, Wasser, Feuer, Luft die Qintessenz als fünftes Element gab. Sie soll wie eine unsichtbare Form den leeren Raum füllen und abstoßend wirken. Der Unterschied zur Kosmologischen Konstante ist, dass sie dynamisch ist und seit dem Urknall einer zeitlichen Veränderung unterliegen könnte.

Die Phantom Energie:

Bei allen Modellen wird von Quantenfeldern ausgegangen, von denen man aber die Eigenschaften nicht genau kennt. Und genau hier unterscheiden sich die Modelle voneinander; so soll die Phantom Energie (eine Variation der Quintessenz) nicht nur dynamisch sein, sondern mit der Zeit auch stärker werden. Die Beschleunigung ist also nicht konstant sondern wird immer schneller.

Das Problem bei all diesen Modellen ist, dass sie leicht mit dem gängigen Weltmodel der Kosmologie kollidieren und in Konflikt mit Phänomenen der Astrophysik treten, die eigentlich als etabliert gelten. Vielleicht braucht es aber auch eine neue Theorie der Gravitation weil unser Verständnis von Raumzeit und Gravitation nicht ganz stimmt. Eventuell könnte aber auch unsere komplette Vorstellung über des Universums auf den Kopf gestellt werden, denn vielleicht haben wir etwas Grundlegendes nicht verstanden oder übersehen.

Hier hofft die Forschung nun, dass wir mit dem James Webb Space Telescope, Euclid und anderen Teleskopen bald Hinweise bekommen, die uns in die richtige Richtung treiben um dieses große Mysterium zu lüften.

Neuerungen bei Cosmic Latte

Zu guter Letzt gibt es auch Neuerungen bei uns im Cosmic Latte Universum: der Podcast wird ab September 14-tägig erscheinen. Aus diesem Anlass haben wir uns dazu entschlossen, dass ihr, unsere Hörerschaft, uns via Steady, Patreon, Paypal unterstützen könnt. Der Podcast ist aber natürlich weiterhin gratis auf allen gängigen Plattformen erhältlich.

Weiterführende Links:

Wer nun Lust auf noch mehr Dunkle Energie bekommen hat, dem sei das Special von Spektrum zum Thema ans Herz gelegt: Spektrum Special Dunkle Energie

Kontakt

Falls ihr Fragen habt, dann schickt uns eine Mail an kontakt@cosmiclatte.at oder schaut auf cosmiclatte.at.

Und sonst findet ihr uns hier:

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Die Episode über die Dunkle Energie oder warum sich das Universum immer schneller ausdehnt. Und es gibt Neuerungen bei Cosmic Latte! Unser Podcast erscheint ab nun alle zwei Wochen. Und: Ihr könnt uns gerne unterstützen und zwar bei Steady, Patreon, Paypal!

Einleitung

Nachdem wir beide nicht die Perseiden im August beobachtet haben, widmen wir uns gleich dem ersten Thema. Es gibt nämlich ein Update zu Cosmic Latte: in einem Paper geht der argentinische Astronom Guillermo Abramson nämlich der Frage nach, welche Farbe die Milchstrasse hat. Dafür verwendet er die Daten von über zwei Millionen Sternen aus dem Gaia Katalog. Sein Ergebnis vergleicht er dann mit der Studie der John Hopkins Universität, die vor zwanzig Jahren die Farbe des Universums feststellten: Cosmic Latte - und wir erinnern uns dabei an die erste Episode von Cosmic Latte. Das Paper könnt ihr hier nachlesen.

Euclid und das Dunkle Universum - Teil 2

Die ESA Mission Euclid ist im Juli gestarte und hat bereits das erste Bild geliefert. Nachdem Eva in Episode 13 bereits über die Mission und ihre Ziele, im besonderen über die Dunkle Materie gesprochen hat, sehen wir uns dieses Mal den zweiten Teil des Dunklen Universums an: die Dunkle Energie!

Die Entdeckung der Dunklen Energie

Während die Dunkle Materie ganze Galaxien zusammenhält, soll die Dunkle Energie genau anders wirken und der Grund dafür sein, dass das Universum beschleunigt expandiert. Sie wirkt also gegen die Gravitation, die eine anziehende Kraft ist. Was es genau ist, wissen wir noch immer nicht so genau, sie macht aber 68% der gesamten Energie/Materie im Universum aus.

Dass sich Galaxien immer weiter von uns entfernen beobachtete der amerikanische Astronom Edwin Hubble bereits 1929. Er hat eine Rotverschiebung des Lichts bei weit entfernten Galaxien festgestellt. Das Licht verrät nämlich, ob sich ein Objekt auf uns zu- oder weg bewegt; entfernt es sich von uns, ist es rotverschoben. Die Theorie dazu stellte 1927 George Lemaitre, ein belgischer Kosmologe, anhand der Verteilung der Galaxien und ihrer Rotverschiebung auf. Aufgrund der Entdeckung der Expansion schloss man, dass das Universum seine Existenz vor 13,8 Mrd Jahren mit dem Urknall begann. Sehr lange hielt sich daher die Vorstellung, dass die Expansion durch die Gravitation gebremst wird, sich also mit der Zeit verlangsamt. Damals spielte die Dunkle Energie aber noch keine Rolle. Diese wurde erst in den späten 1990er-Jahren entdeckt: 1998 wollten zwei voneinander unabhängige Forscherteams herausfinden, wie die Anziehung zwischen den Galaxien die Expansion bremst, und die Verlangsamung bestimmen.

Die Teams entdeckten nun das Gegenteil von dem was sie erwartet hatten: das Universum die Expansion wird nicht langsamer, sondern sie beschleunigt sich.

Doch was treibt diese Beschleunigung an? So kam die Dunkle Energie ins Spiel, mit der dieser Effekt bezeichnet wurde.
Dabei steht Dunkle Energie jetzt mal als Name für eine Energieform im Universum; die weder baryonischer Natur ist, noch mit der Dunklen Materie identifiziert werden kann.

Als nächstes wurde die Beschleunigungsrate bestimmt, die so genannte Hubble Konstante, welche die Expansions-Rate des Universums angibt. Bei den Messungen tauchten jedoch die ersten Probleme auf: denn je nach Methode bzw. Instrument fiel bzw. fällt die Hubble Konstante unterschiedlich aus und schwankt zwischen den Werten 69,7 km/sMpc und 74,2 km/sMpc. (1 Megaparsec (Mpc) = 3,26 Mio Lichtjahre / Entfernungseinheit in der Kosmologie)

Erklärungsmodelle für die Dunkle Energie

Mittlerweile gibt es einige Theorien bzw. (Erklärungs-)modelle zur Dunklen Energie, die versuchen die Beschleunigung zu erklären.

Die kosmologische Konstante:

Das ist wahrscheinlich das bekannteste Modell, weil es auf Albert Einstein zurück geht. Sie taucht das erste Mal in seinen Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie im Jahr 1915 auf. Damals wusste man aber noch nichts von der Ausdehnung des Universums, man hielt es für statisch. Damit das Universum aber statisch ist und es auch bleibt, brauchte es einen Effekt bzw. einer Kraft, die der anziehenden Kraft der Materie entgegenwirkt (die kosmologische Konstante). Einstein verwarf seine Idee der kosmologischen Konstante allerdings wieder, als die Expansion des Universums entdeckt wurde. Allerdings lag er aber nicht ganz daneben damit, denn als man entdeckte, dass sich das Universum sogar beschleunigt ausdehnt, holte man die kosmologische Konstante wieder hervor um den konstant wirkenden Beschleunigungsfaktor in den Modellen abbilden zu können. Es könnte sich dabei um eine Eigenschaft des Raumes selbst handeln, und je mehr Raum entsteht, desto mehr nimmt auch die Beschleunigung zu. Das Problem hier ist allerdings, dass die Berechnungen der Quantentheorie mit den Beobachtungen der Astophysik um 120 Größenordnungen auseinander gehen.

Die Quintessenz:

Der, auf den ersten Blick etwas esoterisch anmutende, Begriff geht auf die antike Naturphilosophie zurück, in der es neben den Elementen Erde, Wasser, Feuer, Luft die Qintessenz als fünftes Element gab. Sie soll wie eine unsichtbare Form den leeren Raum füllen und abstoßend wirken. Der Unterschied zur Kosmologischen Konstante ist, dass sie dynamisch ist und seit dem Urknall einer zeitlichen Veränderung unterliegen könnte.

Die Phantom Energie:

Bei allen Modellen wird von Quantenfeldern ausgegangen, von denen man aber die Eigenschaften nicht genau kennt. Und genau hier unterscheiden sich die Modelle voneinander; so soll die Phantom Energie (eine Variation der Quintessenz) nicht nur dynamisch sein, sondern mit der Zeit auch stärker werden. Die Beschleunigung ist also nicht konstant sondern wird immer schneller.

Das Problem bei all diesen Modellen ist, dass sie leicht mit dem gängigen Weltmodel der Kosmologie kollidieren und in Konflikt mit Phänomenen der Astrophysik treten, die eigentlich als etabliert gelten. Vielleicht braucht es aber auch eine neue Theorie der Gravitation weil unser Verständnis von Raumzeit und Gravitation nicht ganz stimmt. Eventuell könnte aber auch unsere komplette Vorstellung über des Universums auf den Kopf gestellt werden, denn vielleicht haben wir etwas Grundlegendes nicht verstanden oder übersehen.

Hier hofft die Forschung nun, dass wir mit dem James Webb Space Telescope, Euclid und anderen Teleskopen bald Hinweise bekommen, die uns in die richtige Richtung treiben um dieses große Mysterium zu lüften.

Neuerungen bei Cosmic Latte

Zu guter Letzt gibt es auch Neuerungen bei uns im Cosmic Latte Universum: der Podcast wird ab September 14-tägig erscheinen. Aus diesem Anlass haben wir uns dazu entschlossen, dass ihr, unsere Hörerschaft, uns via Steady, Patreon, Paypal unterstützen könnt. Der Podcast ist aber natürlich weiterhin gratis auf allen gängigen Plattformen erhältlich.

Weiterführende Links:

Wer nun Lust auf noch mehr Dunkle Energie bekommen hat, dem sei das Special von Spektrum zum Thema ans Herz gelegt: Spektrum Special Dunkle Energie

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