NATIONAL GEOGRAPHIC · Seite 112 · Reise Herbst 2026
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ZWISCHEN DRACHEN UND IHREM ZORN —— Die ersten Quasare —— 0,6–0,7 MILLIARDEN JAHRE
UNIVERSUM Durchmesser: 3,95 × 10 12 ➝ 4,37 × 10 12 Lj Beobachtbar: 9,86 × 10 9 ➝ 1,09 × 10 10 Lj Expansion: 1085,85 ➝ 932,05 km/s/Mpc
ASTRONOMISCHE OBJEKTE Galaxien: 1,21 × 10 12 ➝ 1,59 × 10 12 Sterne: 4,89 × 10 18 ➝ 7,72 × 10 18
WELTEN MIT LEBEN Einfaches Leben: 0 Komplexes Leben: 0 Intelligentes Leben: 0 Technologisches Leben: 0 Interstellares Leben: 0
Schwarze Löcher: 6,16 × 10 16 ➝ 9,00 × 10 16 Planetensysteme: 6,36 × 10 18 ➝ 1,02 × 10 19 Welten: 3,30 × 10 19 ➝ 5,34 × 10 19
Dichte: 200,11 ➝ 147,33 p/m³ Temperatur: 25,48 ➝ 23,01 K
S elbst in einem alternden Universum bleibt die Gravi- tation unverändert die wichtigste Kraft. Auf kleinen kosmologischen Skalen kollabierten schließlich Re- gionen, die mit etwas größerer Dichte als der Durch- schnitt entstanden, und brachten ursprüngliche Sterne an Orten hervor, wo dies zuvor noch nie der Fall war. Auf etwas größeren Skalen beginnen sich Galaxien zu entwi- ckeln, da die meisten der frühen isolierten Sternhaufen nun gewachsen und miteinander verschmolzen sind. Auf noch größeren Maßstäben beginnt sich das früheste primitive Gerüst des kosmischen Netzes – ein schwacher Umriss aus Dunkler Materie – zu bilden, wobei sich kreuzende Fila- mente auf die Orte hinweisen, an denen die ersten Gala- xienhaufen entstehen werden. In dieser Phase der kosmischen Evolution sind es aller- dings die frühen Galaxien, die im Rampenlicht stehen. Nach- dem nun mehr als 99 % der intergalaktischen Materie reioni- siert sind, kann das Licht der Galaxien ungehindert durch das Universum wandern, da nur noch vereinzelte Klumpen neutralen ursprünglichen Gases im Raum zwischen diesen Galaxien verstreut sind. Die größten und massereichsten Galaxien erscheinen am hellsten, da sie zu diesem Zeitpunkt bereits seit etwa einer halben Milliarde Jahren ununterbro- chen Sterne bilden. Wenn jede vorherige Generation von Sternen zu erlöschen beginnt und sowohl Supernova-Explo- sionen als auch später planetarische Nebel entstehen, wenn die massereichsten sonnenähnlichen Sterne das Ende ihres Lebenszyklus erreichen, löst dies die Entstehung der nächs- ten Generation aus. Die jüngsten Sterne sind reichhaltiger an schweren Elementen als jede der vorherigen Generationen. In den Kernregionen dieser Galaxien findet man die größte Anzahl und Dichte an Sternen. Die Sternentste- hungsrate nimmt im gesamten Universum weiter zu, und die supermassereichen Schwarzen Löcher im Zentrum der Galaxien wachsen weiterhin extrem schnell. Zum ersten Mal überschreiten die schwersten supermassereichen Schwarzen Löcher die Schwelle von einer Milliarde Sonnenmassen: ein
Meilenstein, den die meisten Galaxien von der Größe der Milchstraße niemals erreichen werden. Diese entstehen in den massereichsten Galaxien, in denen seit mehreren Hun- dert Millionen Jahren Starbursts stattfinden, das heißt, wo die gesamte Galaxie selbst überall neue Sterne bildet. Mit jeder neuen Episode der Sternentstehung werden Gas und Staub verbraucht, da dies genau jenes Material ist, das für die Entstehung neuer Sterne benötigt wird. Auch wenn Galaxien durch die Anreicherung von Materie aus dem umgebenden Weltraum wachsen und auch wenn kleinere Klumpen und Haufen von Sternmaterial auf sie fallen, geht den Galaxien, die am schnellsten Sterne gebildet und am stärksten gewachsen sind, schließlich das Material für die Sternentstehung aus. Die wachsende Population von Ster- nen trägt dazu bei, zusätzlichen Staub zu verdampfen, wäh- rend das supermassereiche zentrale Schwarze Loch ebenfalls einen Großteil des Materials in seinem Innersten verschlingt und es in eine Akkretionsscheibe leitet. Insgesamt beginnen diese Starburst-Galaxien nunmehr, ihren Staub – das für die Entstehung neuer Sterne erforderliche Material – aufzu- brauchen, was bedeutet, dass die anfängliche Starburst-Phase ihres Lebens zu Ende geht. Sobald der Staub verschwindet, wird endlich die volle Kraft des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum dieser Galaxien sichtbar. Selbst wenn jedes Jahr Tausende neuer Sterne entstehen, bildet sich eine Akkretionsscheibe um das supermassereiche Schwarze Loch. Die Gravita- tionskräfte des Schwarzen Lochs beschleunigen und erhit- zen die Materie innerhalb der Akkretionsscheibe, ziehen einen Teil davon über den Ereignishorizont hinaus, schleu- dern aber auch Material mit nahezu Lichtgeschwindigkeit in zwei Jets aus, die senkrecht zur Scheibe selbst verlaufen. Endlich sind die ersten Quasare entstanden. Von Rönt- genstrahlen über sichtbares Licht bis hin zum Radiowellen- spektrum kommen diese überaus energiereichen Merkmale, die Quasaren und aktiven Galaxienkernen gemeinsam sind, nunmehr zum Vorschein.
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Als der Staub, der die frühesten Galaxien umhüllt, endlich weggeblasen wird, schleudern die aktiven supermassereichen Schwarzen Löcher im Zentrum dieser Galaxien energiereiche Teilchen- und Strahlungsjets durch das Universum. Diese Quasare gehören zu den energiereichsten Phänomenen im gesamten Universum. GRAFIK: JON LOMBERG
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[ VOR 13,2 – 13,1 MILLIARDEN JAHREN ]
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UNIVERSUM Durchmesser: 0 Beobachtbar: 0 Expansion: 0 Dichte: 0 Temperatur: 0
ASTRONOMISCHE OBJEKTE Galaxien: 0 Sterne: 0
WELTEN MIT LEBEN Einfaches Leben: 0 Komplexes Leben: 0 Intelligentes Leben: 0 Technologisches Leben: 0 Interstellares Leben: 0
Schwarze Löcher: 0 Planetensysteme: 0 Welten: 0
B evor alles begann, gab es nur eine einzige Gewiss- heit: die Raumzeit. Möglicherweise war sie frei von Teilchen, vielleicht war sie mit verschiedenen Energieformen gefüllt, unter Umständen herrsch- ten unvorstellbar chaotische Zustände. Aber innerhalb die- ses Raum-Zeit-Kontinuums liefen kontinuierlich zufällige Prozesse ab. An mindestens einer Stelle führten diese unge- ordneten Abläufe zu einem bestimmten Quantenzustand, der eine schnelle, unaufhaltsame Ausdehnung des Raums zur Folge hatte. Sie ist als kosmologische Inflation bekannt. Dieser sich ausdehnende Bereich der Raumzeit vergrößert sein Volumen schneller als alle übrigen Bereiche und domi- niert rasch alle anderen Quantenzustände. Praktisch das gesamte kosmische Volumen wird frei von Teilchen, ge- horcht aber weiterhin den grundlegenden Gesetzen der Physik, einschließlich der Quantenregeln, die die gesamte physikalische Realität bestimmen. Zu diesen Quantenregeln gehören die Existenz und All- gegenwart von Quantenfeldern. Diese durchdringen nicht nur den gesamten Raum, sondern weisen auch inhärente Fluktuationen auf: Unsicherheiten hinsichtlich der Werte, die sie zu jedem Zeitpunkt annehmen können. Dies hat tief- greifende und faszinierende Konsequenzen für den Raum selbst: Es bedeutet, dass die Nullpunktsenergie des Raums, also jene Energiemenge, die einem bestimmten Volumen selbst völlig leeren Raums innewohnt, möglicherweise nicht gleich null ist. Stattdessen kann die Gesamtmenge an Ener- gie, die der leere Raum von Natur aus besitzt, endlich und positiv sein, und anders als der kleine endliche und positive Wert, den wir heute beobachten, könnte sie zu Beginn recht groß gewesen sein. Wenn der Raum selbst eine positive Energiemenge ent- hält, kann er nicht statisch sein, sondern muss sich mit der Zeit weiterentwickeln. Während er sich durch Expansion weiterentwickelt, entsteht kontinuierlich neuer Raum mit derselben ihm innewohnenden Energiemenge, wodurch die Expansion unaufhaltsam fortgesetzt wird. Die einzigen
Abweichungen, die von Region zu Region auftreten, erge- ben sich aus den unvermeidlichen Schwankungen in diesen Quantenfeldern selbst. Diese Expansion setzt sich unauf- haltsam fort, wobei jeder winzige Bereich des Raums seine eigenen Quantenfelder enthält. Obwohl diese Felder schwan- ken, dehnt die Expansion diese Schwankungen im Lauf der Zeit auf immer größere Maßstäbe aus. In den meisten dieser Regionen setzt sich diese Expan- sion unbegrenzt und ohne Unterbrechung fort: eine Fortset- zung der kosmologischen Inflation. Aber hin und wieder führen die Werte in einer dieser sich ausdehnenden Regio- nen des Weltraums zu einer unwahrscheinlichen Fluktua- tion, die die Inflation instabil macht. Wann und wo auch immer dies geschieht: Die Inflation kommt zum Stillstand, und der größte Teil der Energie, die bisher in der Struktur des Raums selbst enthalten war – die treibende Kraft hinter der Inflation –, wird entsprechend der Gleichung, die die Äquivalenz von Materie und Energie beschreibt, in Teilchen und Antiteilchen umgewandelt: E = mc². Plötzlich kommt die Inflation in diesen Regionen des Weltraums zum Still- stand und wird durch einen heißen Urknall ersetzt. In einer dieser Regionen entstand vor etwa 13,8 Milliarden Jahren durch das Ende der Inflation unser Universum; der darauf folgende heiße Urknall war der Beginn unserer kos- mischen Geschichte. Aber außerhalb dieser Region, egal wie groß sie auch sein mag, ist unser Universum von weiterem Raum umgeben, der sich noch immer ausdehnt und mit ein- zelnen Regionen gespickt ist, in denen die Inflation endet und völlig unabhängige heiße Urknalle entstehen. Die Gesamtheit all der einzelnen Universen bildet ein Multiversum, in dem diese durch den unaufhörlich expan- dierenden Raum für immer voneinander getrennt sind. Aber in einem bestimmten Universum – unserem Universum – entstanden wir etwa 13,8 Milliarden Jahre nach dem heißen Urknall, der das Ende der Expansion unseres Universums signalisierte. Nun folgt die kosmische Geschichte, die uns alle verbindet.
Vor dem Anfang waren zufällige Quantenprozesse ein grundlegender Bestandteil der Raumzeit, genau wie heute. Auch ohne Teilchen bestehen Quantenfluktuationen im gesamten leeren Raum fort, wobei mindestens eine solche Region einen Inflationsprozess durchläuft. Wenn die Inflation endet, bleiben diese nun gedehnten Fluktuationen als erste Keime der Struktur im Universum angelegt und bestehen sogar während der höllischen Anfänge des heißen Urknalls fort. GRAFIK: WILLIAM LIDWELL
[ VOR MEHR ALS 13,8 MILLIARDEN JAHREN ]
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Astrophysiker, Autor und international renommierter Wissenschaftskommunikator Ethan Siegel macht komplexe kosmische Zusammenhänge verständlich und zugänglich. Britischer Weltraumkünstler, Illustrator und promovierter Astrophysiker Mark A. Garlick ist bekannt für präzise, wissenschaftlich fundierte Kosmos-Illustrationen. Jon Lomberg ist legendärer Space Artist und langjähriger Mitarbeiter von Carl Sagan. Seine Arbeiten prägen seit Jahrzehnten die visuelle Darstellung des Universums. William Lidwell ist US-amerikanischer Designer, Autor und Professor für Kommunikationsdesign. Spezialist für visuelle Systeme und verständliche Wissensvermittlung.
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