Urknall, Abkühlung und Galaxienentstehung

[Hagelnacht]

Ein Nachbar von mir fragte mich neulich folgendes:

das deep space south Foto zeigt galaxien mit einer extremen Rotverschiebung die bis zu 13 mrd. Jahre LJ entfernt sein sollen. Wie ist es ,möglich das sich in nur 700.000 jaren vom Urknall an voll ausgebildete spiralgalaxien gebildet habeb können, wenn sich erst nach 300.000 jahren nach dem Urknall die eigentliche materie gebildet hat, also die Atome, zuvor war es nur Plasma, zudem hat man in Spekren Eisen entdeckt, wie kann das sein, wenn am Anfang nur Wsserstoff da war und sich Eisen erst in alten Sternen bildet. muß die Urknalltheorie nicht überdacht werden oder das Alter des Universums weiter zurückdatiert werden?

EDIT:
statt 700.000 natürlich 700 Mio. bzw. 400 Mio. Das war ein Schreibfehler

[F77]

Mit der Hypothese meines Vaters ist das kein Problem. Da sich das Schwarze Loch, welches unseren Urknall erzeugte, wahrscheinlich nicht vollstaendig aufgeloest, sondern die "Kruste" zersprengt hat. Diese Bruchstuecke, welche teilweise selber noch schwarze Loecher sind, haben sich bildende Materie um sich gesammelt (Galaxie) bzw. Quasare von reltiv kurzer Lebensdauer mit Supernovae am Lebensende gebildet (Elemente hoeherer Ordnungszahl).
Mit dem Standardmodell ist dieses Raetsel, soweit ich weiss, noch ungeloest.

[Hagelnacht]

Ich sollte mir die Theorie deines Vaters wirklich mal in ner ruhigen Minute durchlesen, morgen oder so.

[Flozifan]

Ein Nachbar von mir fragte mich neulich folgendes:

das deep space south Foto zeigt galaxien mit einer extremen Rotverschiebung die bis zu 13 mrd. Jahre LJ entfernt sein sollen. Wie ist es ,möglich das sich in nur 700.000 jaren vom Urknall an voll ausgebildete spiralgalaxien gebildet habeb können, wenn sich erst nach 300.000 jahren nach dem Urknall die eigentliche materie gebildet hat, also die Atome, zuvor war es nur Plasma, zudem hat man in Spekren Eisen entdeckt, wie kann das sein, wenn am Anfang nur Wsserstoff da war und sich Eisen erst in alten Sternen bildet. muß die Urknalltheorie nicht überdacht werden oder das Alter des Universums weiter zurückdatiert werden?


Also, aus WMAP folgt ein Alter des Universums von 13.7 Mrd Jahren, dann haette sich eine 13 Mrd LJ entfernte Galaxie in 700 Mio Jahren entwickelt, nicht in 700.000 Jahren. Ist das nur ein Versehen von dir oder hast du andere Informationen? Eisen wird gerade nicht in alten Sternen gebildet: Alte Sterne sind notwendig massearm, sonst waeren sie schon am Ende ihrer Lebenszeit angekommen. Damit ein Stern Eisen produziert muss er mindestens 6-9 mal massereicher als unsere Sonne sein, dann hat er aber eine Lebenszeit von nur einigen Mio Jahren. In den 700 Mio Jahren nach dem Urknall kann also sehr wohl Eisen produziert worden sein, d.h. es gibt (im Moment ;)) keinen solchen Konflikt.

Gruss,
Flo

[F77]

@Flozifan
Und wie bitte erklaerst du die fruehe Galaxienbildung (das eigentliche Problem)? Soweit ich weiss, existieren Simulationen, welche beweisen, dass sich Galaxien bilden, aber dafuer werden 10Mrd. Jahre benoetigt, hier stehen aber nur 700Mio Jahre zur Debatte.

PS.: Ich war in meiner Antwort auch von 700Mio Jahren (also einem Schreibfehler von Hagelnacht) ausgegangen.

[Flozifan]

@Flozifan
Und wie bitte erklaerst du die fruehe Galaxienbildung (das eigentliche Problem)? Soweit ich weiss, existieren Simulationen, welche beweisen, dass sich Galaxien bilden, aber dafuer werden 10Mrd. Jahre benoetigt, hier stehen aber nur 700Mio Jahre zur Debatte.

PS.: Ich war in meiner Antwort auch von 700Mio Jahren (also einem Schreibfehler von Hagelnacht) ausgegangen.

Aber welche Simulationen meinst du? Die die ich kenne bringen hier keinen Widerspruch, ich suche die Referenzen und liefer die nach...
Hier zum Beispiel: http://arxiv.org/abs/astro-ph/0504038
Gruss,
Flo

[ralfkannenberg]

Soweit ich weiss, existieren Simulationen, welche beweisen, dass sich Galaxien bilden, aber dafuer werden 10Mrd. Jahre benoetigt
Ist das nicht ein bisschen viel ? Dann dürfte es uns noch gar nicht geben .......

[Hagelnacht]

Ist das nur ein Versehen von dir oder hast du andere Informationen?

Nur ein Versehen. Vertippen kann sich jeder mal. :D

[F77]

Aber welche Simulationen meinst du? Die die ich kenne bringen hier keinen Widerspruch, ich suche die Referenzen und liefer die nach...
Hier zum Beispiel: http://arxiv.org/abs/astro-ph/0504038
Gruss,
Flo
Mein Wissenstand ist scheinbar nicht mehr der neueste. Ich dachte, dass es noch ein ungeloestes Problem ist, wie sich die Galaxien so schnell bilden konnten.

[F77]

Ist das nicht ein bisschen viel ? Dann dürfte es uns noch gar nicht geben .......
Genau das ist ja das Problem des Standardmodells, dachte ich zumindest. Man kann sich halt irren.

[Flozifan]

Genau das ist ja das Problem des Standardmodells, dachte ich zumindest. Man kann sich halt irren.

Ohne Irrtum kein Fortschritt in der Wissenschaft... :) Zum Standardmodell: Im Moment, nach meiner Kenntniss, gibt es keine grossen Inkonsistenzen mehr, aber das kann sich auch wieder aendern, z.B. wenn die Daten von PLANCK eintreffen, so ab 2008 wenn alles nach Plan geht. Ausserdem sind noch jede Menge Details unklar, z.B. die Frage, wie bei der Galaxienbildung die kollabierenden Gaswolken ihren Drehimpuls loswerden (selbes Problem wie bei der Sternentstehung, nur mit viel hoeheren Massen).

Gruss,
Flo

[ralfkannenberg]

Genau das ist ja das Problem des Standardmodells, dachte ich zumindest. Man kann sich halt irren.Es ist mir nicht bekannt, dass das Standardmodell Aussagen über die Mindestdauer von Galaxienbildungen macht. Ich würde das "Problem" bzw. einen geeigneten Lösungsansatz eher bei der "Theorie der Galaxienbildung" suchen.

[F77]

Es ist mir nicht bekannt, dass das Standardmodell Aussagen über die Mindestdauer von Galaxienbildungen macht. Ich würde das "Problem" bzw. einen geeigneten Lösungsansatz eher bei der "Theorie der Galaxienbildung" suchen.
Das Standardmodell macht hier direkt auch keine Aussagen. Allerdings indirekt schon, da es beim Urknall des Standardmodells nur Energie gibt. Laut der Hypothese meines Vaters kann es aber auch schon schwarze Loecher (SL) geben. Da ja inzwischen mehr oder weniger bewiesen ist, dass Galaxien im Zentrum ein SL haben, liegt es nahe, dass sich eine Galaxie schneller bildet, wenn es schon ein SL gibt.

[ralfkannenberg]

liegt es nahe, dass sich eine Galaxie schneller bildet, wenn es schon ein SL gibt.Das macht den Kohl aber auch nicht fett: Für Schwarze Löcher braucht es massenreiche Sterne und diese haben eine Lebenszeit von wenigen Millionen Jahren, d.h. nach wenigen Millionen Jahren sind die ersten Schwarzen Löcher von O- oder B-Sternen da. - Du aber redest von 10 Milliarden Jahren !

[Flozifan]

Es ist mir nicht bekannt, dass das Standardmodell Aussagen über die Mindestdauer von Galaxienbildungen macht. Ich würde das "Problem" bzw. einen geeigneten Lösungsansatz eher bei der "Theorie der Galaxienbildung" suchen.

Ja. Aber wenn die Mindestdauer aus der Theorie der Galaxienbildung groesser ist als das Alter des Universums, dann hast du ein Problem. Wenn man in 13 Mrd LJ Entfernung eine Galaxie sieht, und das Standardmodell der Kosmologie das Alter des Universums mit 13.7 Mrd Jahren angibt hast du genau 700 Mio Jahre Zeit um die Galaxie zu bilden. Solange die Mindestdauer aus der Theorie der Galaxienbildung kleiner ist als diese 700 Mio Jahre ist alles in Ordnung. Andernfalls hast du einen Widerspruch zwischen Standardmodell und Galaxienbildung. Danach sieht es aber im Moment nicht aus.

[ralfkannenberg]

Aber wenn die Mindestdauer aus der Theorie der Galaxienbildung groesser ist als das Alter des UniversumsDas habe ich nie behauptet !
Genau deswegen habe ich ja auch empfohlen, zuerst die Theorie der Galaxienbildung zu überprüfen und erst danach das Standardmodell ! Ich meine - wenn man im Abstand von 13 Milliarden Jahren Galaxien sieht, dann ist doch die Fragestellung die "wie interessant, wie konnten sich so schnell Galaxien bilden" und nicht die "das ist sowieso unmöglich, der Urknall fand niemals statt und das Standardmodell ist auch falsch" ! :D

[Flozifan]

Nein. Aber man hatte so ein Problem halt schon mal, bei Kugelsternhaufen. Da war das Alter der Haufen groesser als das Alter des Universums. Es geht nur darum dass die verschiedenen Theorien untereinander widerspruchsfrei sein sollen, das ist zwar eigentlich banal, aber man kann ja mal darauf hinweisen... :)
Irgendwie ueberschneiden sich unsere Beitraege :D

[ralfkannenberg]

man hatte so ein Problem halt schon mal, bei Kugelsternhaufen. Da war das Alter der Haufen groesser als das Alter des Universums.Das kam aber nur daher, dass die Leute (absichtlich ?) vergessen haben, die Toleranzen der beiden Modelle zu berücksichtigen. Und welch' Überraschung, als die Hipparcos-Werte dann einen Wert lieferten, der mit beiden Modellen vereinbar war ! :mad:


Irgendwie ueberschneiden sich unsere BeitraegeIch gehe jetzt joggen ;)

[Flozifan]

Das kam aber nur daher, dass die Leute (absichtlich ?) vergessen haben, die Toleranzen der beiden Modelle zu berücksichtigen. Und welch' Überraschung, als die Hipparcos-Werte dann einen Wert lieferten, der mit beiden Modellen vereinbar war ! :mad:

Ich gehe jetzt joggen ;)

"Absichtlich" glaube ich nicht...Die Entfernungsbestimmung ist nunmal das grosse Problem in der Astrophysik, und da hat HIPPARCOS einen enormen Fortschritt gebracht. Aber das Spannende in der Physik allgemein ist ja, dass man sich nie sicher sein kann dass ein Problem ein fuer allemal geloest ist. Die naechste Messung kommt bestimmt :D

[Hagelnacht]

Danke für die vielen Antworten betreffs der beiden Thesen, allerdings wäre es mir ganz recht, wenn jemand die beiden Thesen nochmal punktuiert formulieren könnte, damit ich dem Fragestellenden eine klar formulierete Antwort erwidern kann.

[ralfkannenberg]

wenn jemand die beiden Thesen nochmal punktuiert formulieren könnte, damit ich dem Fragestellenden eine klar formulierete Antwort erwidern kann.Also eigentlich gibt es nur eine Lehrmeinung sowie zahlreiche alternative Modelle, von denen derzeit eine (These Vater von F77) in diesem Forum diskutiert wird.

Bleiben wir mal lieber bei der offiziellen Lehrmeinung, da eigentlich keine Probleme auftreten: Es ist eben so, dass ein Stern wie unsere Sonne eine Lebensdauer von über 10 Mrd. Jahre hat, während viel massereichere Sterne mit ihrer Energie viel verschwenderischer umgehen und nur wenige Millionen (nicht Milliarden) Jahre alt werden, ehe sie supernovieren.

Somit sind 700 Millionen Jahre ein durchaus "langer" Zeitraum, in dem sich über 70 Sterngenerationen bilden können. Denken wir mal in Menschengeneration mit einer Generation 30 Jahre, so sind 70 Generationen über 2000 Jahre. Das ist ein schöner Zeitraum, in dem sich beispielsweise die Raumfahrt, Computer, Internet, Fotoapparate, Handies oder leider auch Atombomben problemlos entwickeln konnten.

Vielleicht muss jetzt die Theorie der Galaxienbildung neu überdacht werden, aber prinzipiell hätte man die Bausteine der Galaxien beisammen - inkl. schwerer Elemente, die es zum Zeitpunkt dieser 700 Millionen Jahren nach dem Urknall entstanden Galaxie ja bereits seit 693 Millionen Jahren gibt.

Dadurch, dass die Orbitaltheorie "nur" eine alternative Theorie zum Aufbau der Nukleonen herleitet, nicht aber die Eigenschaften der Nukleonen als solche in Frage stellt, düfte sie sehr ähnliche Ergebnisse erhalten; auch bezüglich der Eigenschaften der Dunklen Materie sind ausser deren Zusammensetzung auch keine wesentlich anderen Aussagen zu erwarten. Ein wichtiger Unterschied könnte das Fehlen der Starken Wechselwirkung sein; doch dies wird in der Orbitaltheorie nur "anders" bewerkstelligt, aber die Auswirkungen dieser Kraft sind diesselben.

Zusammenfassung: Erste Supernovae und somit Bildung schwerer Elemente bereits wenigen Millionen Jahre nach der Entstehung der ersten Sterne; diese haben also fast die gesamte Zeit zur Verfügung, um sich in einer Galaxie zu formieren. Hinzu kommt, dass diese Sterne sowieso in einem Sternhaufen entstanden sein dürften, d.h. sie müssen sich nicht erst noch finden, sondern sind sowieso schon "nahe" zusammen.

@alle Spezialisten: Ist diese Zusammenfassung in etwa richtig oder ist sie völlig unsinnig ?

[F77]

Man sollte vielleicht noch festhalten, dass sich die Materie erst nach 300Mio bilden kann (also keine 70 Generationen). Wie lange das Bilden der Materie und dann daraus Sterne formieren dauert, weiss ich nicht.
Die Hypothese meines Vaters beinhaltet aber auch noch, dass Bruchstuecke des Urknall-SL existieren. D.h. hier sind schon direkt nach dem Urknall Materiekonzentrationen da, was sicherlich auch die Galaxienbildung foerdert.

[Hagelnacht]

Ja, zur Diskussion der These deines Vaters gibt es ein seperates Thema. Dieses hier beschäftigt sich mit der anerkannten Theorie und deren Schwächen/Stärken.

[ralfkannenberg]

Man sollte vielleicht noch festhalten, dass sich die Materie erst nach 300Mio bilden kann Ich dachte, schon nach 400'000 Jahren:

Die bekannteste Hintergrundstrahlung ist die Kosmische Mikrowellenstrahlung oder Cosmic Microwave Background Radiation (CMBR). Nach heutiger Vorstellung gilt sie als Beleg für die Urknalltheorie und stammt aus der Zeit etwa 400000 Jahre nach dem Urknall, als die Materie so weit abgekühlt war, dass sie vom ionisierten in den neutralen Zustand überging. Zu diesem Zeitpunkt vereinigten sich Protonen und Elektronen zu elektrisch neutralem Wasserstoff, was in der Physik als Rekombination bezeichnet wird. Dadurch hatten die Photonen keinen Streupartner mehr und konnten entweichen.


... (also keine 70 Generationen). Wie lange das Bilden der Materie und dann daraus Sterne formieren dauert, weiss ich nicht.
Die Hypothese meines Vaters beinhaltet aber auch noch, dass Bruchstuecke des Urknall-SL existieren. D.h. hier sind schon direkt nach dem Urknall Materiekonzentrationen da, was sicherlich auch die Galaxienbildung foerdert.

Die massereichsten Sterne verbrauchen in nur wenigen hunderttausend Jahren ihren gesamten BrennstoffDen Rest der Rechnung überlasse ich dem geneigten Publikum, das Resultat dürfte bei 300 Millionen Jahren ebenso wie bei 699,7 Millionen Jahren aber >70 Generationen sein :D


Ja, zur Diskussion der These deines Vaters gibt es ein seperates Thema. Dieses hier beschäftigt sich mit der anerkannten Theorie und deren Schwächen/Stärken.Na ja, Du hattest ja selber danach gefragt ;)

[F77]

Ich dachte, schon nach 400'000 Jahren:

Hast gewonnen ;)
Ich hatte das nur aus der Fragestellung so entnommen. Da steht zwar 300.000, aber es standen auch 700.000 fuer die Galaxienentstehung.

[ralfkannenberg]

Hast gewonnen ;)Es geht doch nicht um Sieg oder Niederlage ! Es geht doch letztlich "nur" darum, die experimentellen Ergebnisse zu verstehen und ggf. in einem Modell beschreibbar (und damit auch besser handhabbar) zu machen. In diesem Sinne ist ein "Fehler" nicht etwas schlimmes, sondern ein willkommener Input. Ganz unabhängig davon, dass solche Diskussionen auch Spass machen und oftmals zu neuen Ideen führen. :)

[ralfkannenberg]

Ein Nachbar von mir fragte mich neulich folgendes:

das deep space south Foto zeigt Galaxien mit einer extremen Rotverschiebung die bis zu 13 Mrd. Lichtjahre entfernt sein sollen. Wie ist es möglich, dass sich in nur 700 Millionen Jahren vom Urknall an voll ausgebildete Spiralgalaxien gebildet haben können, wenn sich erst nach 300.000 Jahren nach dem Urknall die eigentliche Materie gebildet hat, also die Atome, zuvor war es nur Plasma, zudem hat man in Spektren Eisen entdeckt, wie kann das sein, wenn am Anfang nur Wsserstoff da war und sich Eisen erst in alten Sternen bildet. Muss die Urknalltheorie nicht überdacht werden oder das Alter des Universums weiter zurückdatiert werden?

EDIT ralfkannenberg
wie von Hagelnacht bemerkt statt 700.000 natürlich 700 Mio.; aber die 300.000 Jahre (je nach Quelle 400.000 Jahre waren korrekt

Irgendwie haben wir die ganze Zeit am Thema vorbeidiskutiert und deswegen auch keine Antwort, sondern "nur" einen Teilaspekt beleuchtet.

Frage 1: Genügen 700 Millionen Jahre (subtrahiert 400.000 Jahre bis zur frühesten Atombildung; ergibt 699,6 Millionen Jahre, was aber sowieso innerhalb jeglicher Fehlertoleranz liegen dürfte), um Galaxien zu erzeugen ?

Frage 2: Genügen diese 699.6 Millionen Jahre, um Eisen zu erzeugen ?

Wir konnten bisher nur Frage 2 unter der Randbedingung, dass “genügend massenreiche“ Sterne “genügend schnell“ entstehen können, beantworten, weil es dann nur wenige hundertausend Jahre braucht, bis so ein Stern (vermutlich vom Typ O oder B) supernoviert und dabei Eisen freisetzt.

Alle anderen Fragen sind nach wie vor unbeantwortet !

Vermutlich ist eine Galaxie “etwas“, was aus Sternen Nicht-Dunkler Materie besteht, so dass sich Frage 1 in drei Teile aufspalten lässt:

Frage 1a: Was ist die minimale Zeit, um Atome zu bilden ? Diese Frage ist schon beantwortet und liegt zwischen 300.000 und 400.000 Jahren.

Frage 1b: Was ist die minimale Zeit, um Atome so weit zusammenzubringen, dass sie unter ihrer eigenen Schwerkraft kollabieren und einen Stern bilden ?

Frage 1c: Was ist die minimale Zeit, um Sterne so weit zu gruppieren, dass sie unter ihrer eigenen Schwerkraft eine Galaxie bilden ?

Mit diesen drei Fragen kann man wenigstens die Zeitdauer für die Galaxienbildung diskutieren, wobei sich diese Zeiten durchaus überlappen können: Meines Wissens entstehen Sterne bevorzugt in Sternhaufen, d.h. eine Art "Mini-Galaxie" wäre also schon zeitgleich während der ersten Sternbildung vorhanden !
Wenn man noch die Eisen-Bildung mitberücksichtigen möchte, benötigt man noch irgendwoher genügend massereiche Sterne. Vermutlich benötigt man diese genügend massenreiche Sterne allein schon aus beobachtungstechnischen Gründen; ich glaube nicht, dass man eine Galaxie aus Braunen Zwergen im Abstand von 13 Milliarden Lichtjahren sehen könnte.