Einführung
Am Anfang war nichts. Dann, vor ungefähr 13,7 Milliarden Jahren, bildete sich das Universum. Wir wissen immer noch nicht genau, unter welchen Bedingungen dies geschah und ob es eine Zeit vor der Zeit gab. Mithilfe von Teleskopbeobachtungen und Modellen der Teilchenphysik konnten die Forscher eine grobe Zeitleiste der wichtigsten Ereignisse im Leben des Kosmos zusammenstellen. Hier werfen wir einen Blick auf einige der wichtigsten historischen Momente unseres Universums, von seiner Kindheit bis zu seinem späteren Tod.
Der Urknall
Alles beginnt beim Urknall, der "ein Moment in der Zeit ist, kein Punkt im Raum", sagte Sean Carroll, theoretischer Physiker am California Institute of Technology, gegenüber Live Science. Insbesondere ist es der Moment, in dem die Zeit selbst begann, der Moment, ab dem alle nachfolgenden Momente gezählt wurden. Trotz seines bekannten Spitznamens war der Urknall keine wirkliche Explosion, sondern eine Zeit, in der das Universum extrem heiß und dicht war und sich der Raum gleichzeitig nach außen in alle Richtungen ausdehnte. Obwohl das Modell des Urknalls besagt, dass das Universum ein unendlich kleiner Punkt unendlicher Dichte war, ist dies nur eine handwellige Art zu sagen, dass wir nicht genau wissen, was damals vor sich ging. Mathematische Unendlichkeiten machen in physikalischen Gleichungen keinen Sinn, daher ist der Urknall wirklich der Punkt, an dem unser derzeitiges Verständnis des Universums zusammenbricht.
Ära der kosmischen Inflation
Der nächste Trick des Universums bestand darin, sehr schnell sehr groß zu werden. Innerhalb der ersten 0,000000000000000000000000000000001 (das ist ein Dezimalpunkt mit 30 Nullen vor der 1) Sekunden nach dem Urknall könnte sich der Kosmos exponentiell vergrößert haben und Bereiche des Universums auseinander treiben, die zuvor in engem Kontakt standen. Diese als Inflation bekannte Ära bleibt hypothetisch, aber Kosmologen mögen die Idee, weil sie erklärt, warum weit entfernte Regionen des Weltraums einander so ähnlich erscheinen, obwohl sie durch große Entfernungen voneinander getrennt sind. Bereits 2014 glaubte ein Team, ein Signal für diese Expansion im Licht des frühen Universums gefunden zu haben. Die Ergebnisse erwiesen sich jedoch später als etwas viel Alltäglicheres: Interstellarer Staub stören.
Quark-Gluon-Plasma
Ein paar Millisekunden nach Beginn der Zeit war das frühe Universum sehr heiß - wir sprechen von 7 Billionen und 10 Billionen Grad Fahrenheit (4 Billionen und 6 Billionen Grad Celsius) heiß. Bei solchen Temperaturen wanderten Elementarteilchen, sogenannte Quarks, die normalerweise fest in Protonen und Neutronen gebunden sind, frei herum. Gluonen, die eine fundamentale Kraft tragen, die als starke Kraft bekannt ist, wurden mit diesen Quarks in einer suppigen Urflüssigkeit gemischt, die den Kosmos durchdrang. Forschern ist es gelungen, ähnliche Bedingungen für Teilchenbeschleuniger auf der Erde zu schaffen. Aber der schwer zu erreichende Zustand dauerte nur wenige Sekundenbruchteile, sowohl bei terrestrischen Atomzerstörern als auch im frühen Universum.
Die frühe Epoche
In der nächsten Phase, die einige Tausendstelsekunden nach dem Urknall begann, gab es viel zu tun. Als sich der Kosmos ausdehnte, kühlte er ab und bald waren die Bedingungen so gut, dass Quarks zu Protonen und Neutronen zusammenkommen konnten. Eine Sekunde nach dem Urknall sank die Dichte des Universums so weit, dass Neutrinos - das leichteste und am wenigsten wechselwirkende fundamentale Teilchen - vorwärts fliegen konnten, ohne etwas zu treffen, wodurch ein sogenannter kosmischer Neutrino-Hintergrund entstand, den Wissenschaftler noch nicht entdeckt haben.
Die ersten Atome
In den ersten drei Minuten des Universums verschmolzen Protonen und Neutronen zu einem Wasserstoffisotop namens Deuterium sowie Helium und einer winzigen Menge des nächstleichteren Elements, Lithium. Aber sobald die Temperatur gesunken war, hörte dieser Prozess auf. Schließlich, 380.000 Jahre nach dem Urknall, waren die Dinge so kühl, dass Wasserstoff und Helium sich mit freien Elektronen verbinden und die ersten neutralen Atome bilden konnten. Photonen, die zuvor in die Elektronen geraten waren, konnten sich nun störungsfrei bewegen und so den kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB) erzeugen, ein Relikt aus dieser Zeit, das erstmals 1965 entdeckt wurde.
Die dunklen Zeiten
Für eine sehr lange Zeit gab nichts im Universum Licht ab. Diese Periode, die ungefähr 100 Millionen Jahre dauerte, ist als das kosmische dunkle Zeitalter bekannt. Diese Epoche ist nach wie vor äußerst schwierig zu studieren, da das Wissen der Astronomen über das Universum fast ausschließlich aus dem Sternenlicht stammt. Ohne Sterne ist es schwierig zu wissen, was los war.
Die ersten Sterne
Etwa 180 Millionen Jahre nach dem Urknall begannen Wasserstoff und Helium in große Kugeln zu zerfallen und erzeugten höllische Temperaturen in ihren Kernen, die in die ersten Sterne aufleuchteten. Das Universum trat in eine Periode ein, die als Cosmic Dawn oder Reionisierung bekannt ist, weil die heißen Photonen, die von frühen Sternen und Galaxien ausgestrahlt wurden, neutrale Wasserstoffatome im interstellaren Raum in Protonen und Elektronen zerlegten, ein Prozess, der als Ionisierung bekannt ist. Wie lange die Reionisierung gedauert hat, ist schwer zu sagen. Weil es so früh auftrat, werden seine Signale durch späteres Gas und Staub verdeckt. Die besten Wissenschaftler können also sagen, dass es etwa 500 Millionen Jahre nach dem Urknall vorbei war.
Großstruktur
Hier kommt das Universum zur Sache oder zumindest das vertraute Geschäft, das wir heute kennen. Kleine frühe Galaxien verschmolzen zu größeren Galaxien und etwa 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall bildeten sich in ihren Zentren supermassereiche Schwarze Löcher. Helle Quasare, die intensive Leuchtfeuer erzeugen, die aus einer Entfernung von 12 Milliarden Lichtjahren sichtbar sind, wurden eingeschaltet.
Die mittleren Jahre des Universums
Das Universum entwickelte sich in den nächsten Milliarden Jahren weiter. Flecken höherer Dichte aus dem Uruniversum zogen die Materie durch Gravitation an. Diese wuchsen langsam zu galaktischen Clustern und langen Strängen aus Gas und Staub und bildeten ein wunderschönes filamentäres kosmisches Netz, das heute zu sehen ist.
Geburt des Sonnensystems
Vor ungefähr 4,5 Milliarden Jahren brach in einer bestimmten Galaxie eine Gaswolke in einen gelben Stern mit einem System von Ringen um ihn herum zusammen. Diese Ringe verschmolzen zu acht Planeten sowie verschiedenen Kometen, Asteroiden, Zwergplaneten und Monden und bildeten ein bekanntes Sternensystem. Dem dritten Planeten vom Zentralstern gelang es, nach diesem Prozess entweder eine Tonne Wasser zurückzuhalten, oder Kometen lieferten später eine Flut von Eis und Wasser.
