Wieso ist die Hintergrundstrahlung keine stark rotverschobene Galaxien-Superstruktur?

Zitat von sef3000

Ich hätte aber auch echt selber darauf kommen können das die Hintergrundstrahlung eine engbandige Linie ist, somit ist da nix mit Galaxien.

Das Gegenteil von "engbandige Linie" ... Ein breitbandiger Strahlenmix, mit einer perfekten Energieverteilung passend zur Schwarzkörperstrahlung wie sie auch eine Glühlampe erzeugt. Die Birne ist nicht so perfekt, weil man die Materialzusammensetzung des Glühfadens und die restliche Luft bzw. den Stickstoff in der Birne zusätzlich nachweisen kann.

Diese Energieverteilung ist so eindeutig, dass man die Kurve mit genau einem Wert konkret beschreiben kann, nämlich der Temperatur, die sie erzeugt.

Sergej,

den Begriff "Line" nimmt man, wenn eine ganz bestimmte Wellenlänge (bzw. Frequenz) gemeint ist. Z.B. die H-Alpha-Linie des Wasserstoffs bei 656,28 Nanometer. Zum Vergleich: Sichtbares Licht umfasst einen Bereich von ~780 Nanomer (rot) bis ~380 Nanometer (blau). Und so ein H-Alpha-Teleskop lässt nur Licht bei 656,28 -/- 0,5 Nanometer durch.

Die Schwarzkörperstrahlung verteilt sich dagegen nach einem bestimmten Muster temperaturabhängig über alle Wellenlängenbereiche. So wie die Sonne ja auch Infrarot, sichtbares UND UV-Licht abstrahlt. Die Sonne strahlt sogar im Radiobereich und im Millimeterbereich und auch allen anderen Wellenlängenbereichen (im Grunde ähnlich einem Schwarzkörper). Aber sie enthält halt auch die vielen sog. Fraunhofer-Linien.

Merkmal der perfekten Schwarzköprerstrahlung ist, dass diese im Ideal überhaupt keine "Linien" hat, die besonders hell oder besonders dunkel (Emission- bzw. Absorptionslinie) sind.

Schwarzköperstrahlung (Quelle Wikipedia, MikeRun, Public Domain)

Gelb, grün und rot sind drei Strahlungsverteilungskurven für verschiedene Temperaturen gezeichnet. Die Schwarze Kurve wäre die Strahlungsverteilung, wie man sie nach klassischer Theorie ohne Planck errechnen täte. Die kannst du ignorieren, weil sich die Natur anders verhält.

Die H-alpha-Linie wäre in diesem Maßstab eine hauchdünne "Linie", wie ich sie nachfolgend mal eingezeichnet habe

Wenn die Temperatur bei 2,7 K ist, dann würdest du die Kurve im Bild noch gar nicht erkennen, denn das Maximum (der blauen, grüne, roten Kurve) wäre etwa um den Faktor 1000 nach rechts im Bild verschoben und die Intensität wäre so klein, dass die Kurve auf der x-Achse liegen würde. Eine Kurve mit 2,75 K hätte ihr Maximum bei einer Wellenlänge von ~2000 µm (= 2 Millimeter). Aber die Form der Kurve würde den Kurven im Bild ähneln. Sie wäre halt flacher und nach rechts verschoben.

Die Hintergrundstrahlung ist so ziemlich der einzige nahezu perfekte Schwarze Körper, den es in der Natur gibt...

Sergej,

das Ganze Universum hat sich damals als "Objekt" abgekühlt und diese "Schwarzkörperstrahlung" abgestrahlt. Und das funzte "messerscharf" genau dann, als die Temperatur gerade so weit abgesunken war, dass der Wasserstoff "neutral" wurde. Ein Ticken heißer ... und er verliert seine Elektronen und wird zum Plasma (Protonen und Elektronen getrennt). Als Plasma würde es kein Licht "durchlassen".

Wenn du Dir das vorstellen willst .... Das ist wie wenn du mit einem Flugzeug durch eine Wolkendecke fliegst. Und dann von einer Sekunde zur anderen bist du durch und die Sonne knallt durch die Fensterluke. Ich hatte das Vergnügen das in einem Skilift zu erleben, quasi in Zeitlupe. Man hatte das Gefühl über Watte hinweg zu schweben, als man durch war. Vorher war's einfach nur nasskalt und man sah den Sessel vor einem nur schemenhaft.

Beide Situationen gemeinsam ist der sogenannte Phasenwechsel. Bei der Wolke ( = Wasser in feinste Tröpfen verteilt und nicht unsichtbar als Wasserdampf). Den Wasserdampf selbst sieht man nicht, nur die Nebeltröpfchen, wenn es kondensiert. Beim Plasma ist es umgekehrt. Da ist das Plasma undurchsichtig, aber als es zu neutralem Wasserstoff kondensierte, wurde das Universum durchsichtig.

Kann man, ist aber falsch.

Zitat von sef3000

Dann kann man doch in dem Fall von Linie sprechen ❔

Nein.

Man kann von einer ganz bestimmten Temperatur sprechen, welche die Strahlung ausgesendet hat. Denn anhand der Zusammensetzung (der Energieverteilung über das gesamte Spektrum) kann man ausschließen, dass die Strahlung von mehreren Körpern mit unterschiedlichen Temperaturen stammt.

Bildhaft: Es ist definitiv kein Misch-Masch aus Kerze, Pizzaofen, Lagerfeuer, Schmiedefeuer und Schweißbogen.

Das Besondere ist, dass man die Temperatur im Labor ausprobieren kann, wann Wasserstoff sich wie Plasma verhält. Und wenn man die Temperatur kennt und die Strahlung analysiert, denn kann man sehr genau ausrechnen, wie stark diese Strahlung rotverschoben ist (Hubble-Rotverschiebung). Die minimalen Schwankungen (im Millionstel-Bereich) der Strahlung in Abhängigkeit zur Blickrichtung lassen zudem Rückschlüsse auf die Gleichmäßigkeit des frühen Universums zu.

Nach unseren Maßstäben war es nahezu perfekt "glattgerührt". Das ist, wenn Caro schreibt: "Die Hintergrundstrahlung ist so ziemlich der einzige nahezu perfekte Schwarze Körper, den es in der Natur gibt."

Stell Dir einen Eimer weiße Malerfarbe vor. Der Maler gibt dann ein paar Tropfen Rot hinzu für einen leichten Rose-Stich und verrührt dann die Farbe. Irgendwann ist der Eimer dann perfekt verrührt und hat keine Schlieren mehr. Im ganzen Universum gab es nichts, das so perfekt gleichmäßig war, wie damals, als die Hintergrundstrahlung entstand.

Die Energieversteilung in der Schwarzkörperstrahlung kann man auch berechnen, was mathematisch allerdings kompliziert ist. Da steckt viel Statistik drin. Bildhaft täte ich das mit einer großen Kirchenorgel vergleichen, bei dem alle Flöten (alle Tasten und Register am Spieltisch) gleichzeitig angeschlagen werden. Und zwar umso mehr Flöten, je mehr Luft in den Windbalgen der Orgel gepumpt wird. Dann kann man den Gesamtklang mit einer einzigen Zahl beschreiben, nämlich der Fördermenge an Wind in den Balgen. Bei der Strahlung ist es die Temperatur. Wenn du allerdings nur eine einzige Flöte anspielst, dann hättest du eine "Linie". Bei einer Kirchenorgel müsstest du die erst ausbauen und in den Mund nehmen und anblasen, denn die Orgeln sind so konstruiert, dass mit einer Taste immer mehrere Flöten angespielt werden, die dem Register ihren Klang geben.

War in den 50'ern große Diskussion bez. endliches Alter Universum und Gleichgewichtstheorie (heute Steady State). Die damaligen englischen Begriffe dafür kenne ich nicht. Fred Hoyle stellte die in einem Buch beide vor mit eigenem Standpunkt Steady State. Er schrieb noch von einem Entstehungsfeld. (nach Erinnerung 'Das grenzenlose All, 1957, dt. Ausgabe). Er bat allerdings den Leser selbst zu entscheiden.

Das Buch war mE. ziemlich verbreitet für die damalige Zeit. Meinem Empfinden nach gab es damals nur wenige Wissenschaftler, die populär-verständlich schrieben. Man konnte auch nur kaufen, was man in einer großen Buchhandlung selbst gefunden hat. Unser damaliger Pfarrer hat sogar Passagen in einer Predigt benutzt!

Nachdem die Enddeckung von Penzias und Wilson bekannt wurden, schwenkte dieser jener Sir Fred Hoyle umgehend zu den 'Urknallern' im Gegensatz zu heutigen Verlautbarungen! Theorie Steady State selbst vom Schöpfer und größten Gegner des 'Urknalls' begraben! Der hätte nicht einen großen Teil seines Lebenswerkes über Bord gekippt, wenn da auch nur ein geringer Zweifel am Mikrowellen-Hintergrund geblieben wäre.

Ergebnisse der Unternehmen Cobe, WMAP und Planck lassen keine Zweifel an der Herkunft der Hintergrundstrahlung zu.

Das ist also eine olle Kiste, die da immer mal wieder von irgendwem in YT et altera aufgewärmt wird.

Gruß

Stephan

Zitat von sef3000

Ich hätte aber auch echt selber darauf kommen können das die Hintergrundstrahlung eine engbandige Linie ist, somit ist da nix mit Galaxien.

Wenn es um die Entstehung der Galaxien geht, führt diese Diskussion um "Linie" etwas in die Irre. Die Hintergrundstrahlung zeigt ein Muster winziger überdichter Regionen. Die Materie in diesen Regionen begann sich unter den Gesetzen der Schwerkraft im Laufe einiger hundert Millionen Jahre zu verdichten und in Sterne/Galaxien und Galaxienhaufen zu verklumpen, während sich das Universum als Ganzes rasant ausdehnte. D.h. lokal setzte sich die Schwerkraft gegen die Expansion des Universums durch, wie auch heute noch.

Diese überdichten Regionen waren zum Zeitpunkt der Freisetzung der Hintergrundstrahlung in sich noch annähernd homogen. Sie enthielten lediglich die Materie, aus der viel später Galaxien ... entstanden.

Grüße

Günter

Stephan,

selbst damals war man nicht wirklich überzeugt, ob die Steady-State-Theorie passend ist. Da reichen einfachste Überlegungen, die dagegen sprechen.

Steady-State impliziert ja ein konstantes Universum, das unendlich lange existiert und dann auch unendlich groß ist. Das Problem ist dann,

a) woher kommen die Verbrauchstoffe (sprich das Wasserstoffgas) damit laufend Sonnen entstehen können.

b) Bei einer Gleichverteilung der Sonnen/Galaxien wäre das Universum unendlich hell, denn die Anzahl nimmt in dritter Potenz (Volumen) mit der Entfernung zu, während die Leuchtkraft nur in zweiter Potenz mit der Entfernung abnimmt.

c) Wenn schon Gasmassen zu Sternen/Galaxien aufgrund der Gravitation kollabieren, warum nicht die Gesamtmasse des Universums. Zeit genug wäre ja.

Ergebnis: Wir wären dann im Zentrum eines Universums, das gerade nicht "isotrop" (gleichmäßig in alle Richtungen) ist, sondern das um uns herum logarithmisch zur Entfernung sich ausdünnt. Insoweit wurde die Steady-State-Theorie auch als Anti-These verstanden, ganz nach dem Spruch aus Apollo 13: Houston, wir haben ein Problem.

Stimmt ja ... seit der Entdeckung der Expansion durch Hubble war das nur Hinterherlaufen einer Erkenntnis ... aus heutiger Sicht. Gamow und Alpher hatten schon Ende der 40'er ihr Skript vorgelegt zur Entstehung der ersten Elemente im frühsten Universum, ziemlich knapp, finde ich, ... aber den 'Knall' hatte bis dahin ja noch niemand gesehen. Zu Zeiten Penzias und Wilson wurde zwar gesagt, daß man in der Kosmologie bereits auf der Suche nach dem 'Urknall' gewesen sei, daß Penzias und Wilson denen zuvor gekommen seien - zumindest mir ist aber kein ernsthaftes Experiment hierzu bekannt geworden. Wenn Penzias und Wilson nicht so penetrant ihrer Messung nachgegangen wären, haben ja selbst zw. nicht dran geglaubt und das 'Problem' mit Tritten gegen die Empfänger-Einheit kurzfristig behoben , der Taubenkot ist auch überliefert, hätte man vielleicht noch lange warten müssen auf die Erkenntnis.

Ich persönlich war zu solchen Zeiten noch Kid, das og. Buch hatte ich gelesen und noch etwas mehr ... wir hatten kein frei zugängliches Radio oder TV in der Familie, Internet war auch noch nicht so dolle , sodaß diese Entwicklungen weitgehend unbemerkt an mir vorüber gegangen sind - leider!

War auch damals keine Einratte sondern nur flatratte.

Gruß usw.

*nurmaldraufhinweis* - vernünftige Quelle.