Messier 94 oder die Geschichte von Raum und Zeit

Messier 94 ist eine Spiralgalaxie, gerade einmal 16 Millionen Lichtjahre von uns entfernt. Durch diese relativ geringe Entfernung schafft sie es auf eine stattliche scheinbare Helligkeit von 8,2 Magnituden. Sie zählt als Starburst-Galaxie, da in ihrem inneren Ring eine rege Sternentstehung stattfindet.

Es gibt einen Haufen Galaxien dort droben, im Weltall. Manche davon mögen langweilig ausschauen, elliptische Galaxien zum Beispiel. Andere dagegen zeigen dem Beobachter faszinierende Details, so als wollten sie sagen: „Komm, schau mich genauer an. Tauche ein und versuche, mich zu erkunden.“ Diese schöne Spiralgalaxie hier ist so eine, die zum Eintauchen einlädt, ja sogar zum Träumen.

Messier 94 gehört zum Sternbild Jagdhunde und ist in einem Galaxienhaufen zu Hause, der galaktisch gesehen unser Nachbar ist. Der Name dieser Ansammlung von Galaxien lautet „Canes-Venatici-I-Gruppe“.

Wenn man Galaxien fotografiert, so schauen die Rohbilder in der Regel nicht sehr atemberaubend aus. Erst durch das Stapeln mehrerer Aufnahmen kommen die Details ans Licht. In dem Fall von M94 hier hab ich 120 Bilder mit je 1 Minute Belichtungszeit übereinandergelegt und addiert. In der darauf folgenden Bildbearbeitung kristallisierte sich langsam heraus, was für ein Schatz mir da in die Fänge gegangen war.

Je weiter die Bearbeitung des Bildes fortschritt, um so tiefer tauchte ich ein in die Galaxie und in das drumherum. Meine Gedanken begannen, sich auf die Reise zu machen, auf eine Traumreise durch Raum und Zeit. Sie versuchten, die Größe des Universums zu erfassen und und reisten, heraus aus unserem Sonnensystem, hinein in die Welt der Galaxien und Galaxienhaufen.

Meine Traumreise begann, wie sollte es schon anders sein, im Zentrum des bekannten Universums, also hier in Mittelfranken 🙂

Die Erde! Ein blauer Planet mit einem Durchmesser von 12.700 Kilometer. Nicht sehr groß, oder? Stimmt, aber dennoch groß genug für den Beginn meiner Traumreise, in der ich die Größe des Universums ausloten wollte. Und mit dem Durchmesser der Erde hatte ich doch tatsächlich schon eine erste Zahl, die ich sogleich in meinem Reisetagebuch notierte.

  • Durchmesser der Erde
    12.700 Kilometer

Es ist übrigens interessant, sich da etwas hineinzudenken. Die Erde ist zwar eine Kugel von begrenzter Größe, die Oberfläche des Planeten ist aber grenzenlos, sieht man einmal von politischen Gegebenheiten ab. Einmal in eine bestimmte Richtung losgelaufen, kann man ewig weiter gehen, ohne befürchten zu müssen, man würde am Rand der Welt in einen bodenlosen Abgrund stürzen. Voraussetzung dazu ist natürlich die Fähigkeit, über Wasser zu gehen, eine gute Kondition und ein Rucksack mit einer anständigen Brotzeit drin 🙂

Weiter ging die Traumreise, weg von der Erde, vorbei am Mond in Richtung Grenze unseres Sonnensystems. Auf dem Mars machte ich nochmal eine kleine Pause. Oben am Olympus Mons, gleich neben dem Gipfelkreuz setzte ich mich hin, um eine Flasche Bier zu trinken. Olympus Mons ist ein Schildvulkan und ziemlich hoch, mehr als doppelt so hoch wie der höchste Berg der Erde. Wenn die Sonne scheint, läßt es sich dort aber gut aushalten. Und das Bier schmeckt gekühlt doch besser als lauwarm.

Ich zog meine Jacke an und setzte die Zipfelmütze auf, denn es würde nun frisch werden. Ich war gewappnet für den Hindernislauf durch den Asteroidengürtel, den ich erstaunlich gut bewältigte. Kondition ist eben alles. Und den Schwung, den ich drauf hatte, nahm ich gleich noch mit. Ich ließ Jupiter ließ links liegen und gönnte mir beim Saturn das Vergnügen, unterhalb seiner Ringe durchzuwandern. Das war fast so schön, als ob ich auf der Erde unter einem Regenbogen durchgegangen war 🙂

Uranus war zu weit weg, um einen Abstecher zu machen. Außerdem kam langsam Neptun in Sichtweite, der äußerste Planet unseres Sonnensystems. Dort angekommen drehte ich mich erst einmal um und suchte die Sonne. Klein blinkte sie am Himmel und zeigte sich mir als das, was sie war, nämlich als ein Stern. Ich hatte aus meinem Werkstatt-Keller zu Hause den Laser-Entfernungsmesser mitgenommen. 4,5 Milliarden Kilometer zeigte er an, als ich ihn auf die Sonne richtet.

  • Entfernung Sonne – Neptun
    4,5 Milliarden Kilometer

Auf Triton, dem größten Mond des Neptun, sah ich den Wegweiser: „Zum Weltall“. Eine Entfernung stand nicht auf dem Schild. Egal, es zeigte die Richtung, in die ich wollte.

Es dauerte eine ganze Weile, bis ich an der Grenze des Sonnensystems angelangt war. Dort gab es mehrere Grenzstationen, eine davon weit draußen bei den Kometen. Ich wählte die Grenzstation, die mir am nächsten war. Denn dort gab es eine schöne Kneipe, Gasthaus Heliopause genannt.

Der Sonnenwind, der mir in der Heliosphäre bis jetzt so heftig um die Ohren geblasen hatte, war eingeschlafen. Drum setzte ich meine Zipfelmütze ab und erledigte die Grenzformalitäten. Als ich dann auf der Sonnenterrasse des Gasthauses Heliopause saß und ein Glas Wein trank, holte ich nochmal den Laser-Entfernungsmesser heraus. 18 Milliarden Kilometer zeigte er an, so weit weg war ich schon von zu Hause. Ich packte den Entfernungsmesser weg, denn ich würde ihn nicht mehr brauchen. Bei 20 Milliarden war die Skala zu Ende.

  • Entfernung Heliopause – Sonne
    18 Milliarden Kilometer
    Heliopause ist die Grenze, bis zu der der Einfluß des Sonnenwinds reicht

Ein zweites Glas Wein und weiter ging die Reise. Nach 6 Milliarden Kilometern überholte ich Voyager 1, jene legendäre Sonde, die sich 1977 auf den Weg in die Unendlichkeit gemacht hatte. Ich passierte die Kometen der Oortschen Wolke, die noch nie ein Mensch gesehen hatte und verließ schließlich die Milchstraße.

Am Rande der Milchstraße, dort, wo es in Richtung Andromedagalaxie geht, dachte ich mir: „Mensch, langsam werden die Zahlen immer größer. Wenn das so weiter geht, reicht mein Reisetagebuch bald nicht mehr aus, um die vielen Stellen aufzuschreiben“. Ich beschloss, die Einheit für die Entfernungsangaben zu wechseln, weg vom Kilometer hin zum Lichtjahr. Wie ich später feststellen durfte, wurden die Zahlen dadurch nicht unbedingt kleiner, sie wurden aber besser vorstellbar.

Und das mit dem Lichtjahr ist doch ganz einfach:

Ein Lichtjahr ist diejenige Entfernung, die ein Lichtstrahl in einem Jahr zurücklegt. Wer das in Kilometer haben will, bitte schön: Ein Lichtstrahl legt in der Sekunde eine Strecke von etwa 300.000 Kilometer zurück. Im Jahr sind das dann … Ich denke, das lass ich euch selber ausrechnen. Viel Spaß dabei 🙂

Ich schlug das Tagebuch auf und notierte die Zahlen, diesmal als Entfernung, gemessen mit Hilfe der Lichtgeschwindigkeit.

  • Größe Erde
    Ein Wimpernschlag
  • Entfernung Erde – Mond
    1,3 Lichtsekunden
    Ja, das Licht vom Mond zu uns braucht 1,3 Sekunden
  • Entfernung Erde – Sonne
    8 Lichtminuten
  • Entfernung Sonne – Neptun
    4 Lichtstunden
    Würde die Sonne jetzt explodieren, würde man das auf dem Neptun erst in 4 Stunden merken
  • Radius Sonnensystem
    16 Lichtstunden
  • Durchmesser Milchstraße
    100.000 Lichtjahre

Die Milchstraße ist die Heimatgalaxie unseres Sonnensystems und damit auch Heimat der Erde. Mit ihrem Durchmesser von 100.000 Lichtjahren ist sie wahrlich keine kleine Spiralgalaxie. ich möchte diese Zahl noch einmal veranschaulichen.

Zündet sich jemand auf einem Planeten am Rande der Milchstraße eine Zigarette an, so wird sein Kumpel am anderen Ende der Milchstraße das Glimmen des Rauchstängels erst 100.000 Jahre später bemerken. Solange braucht das Licht der Zigarettenglut nämlich, um von einem Ende der Milchstraße zum anderen zum anderen zu wandern. Voraussetzung für das Gelingen dieses Experiments ist nur, daß der Raucher kräftig genug anzieht. Das Licht muß nämlich durch unzählige Wasserstoff- und Staubwolken hindurch und vorbei am supermassiven Schwarzen Loch im Zentrum unserer Galaxie. Naja, vielleicht wäre eine kleine Taschenlampe doch geeigneter für diesen Versuch. Ihr wisst schon, so eine Supernova im Taschenformat 🙂

Weiter ging meine Reise, heraus der Milchstraße in Richtung Andromedagalaxie. Ich hatte übrigens inzwischen ganz schön Speed drauf, ein Vielfaches der Lichtgeschwindigkeit.

Das geht nicht, sagt ihr? Nichts kann schneller sein als das Licht?

Stimmt schon! Ich hatte da aber einen kleinen Trick auf Lager, den ich euch gerne verraten will. Aber nicht weiter sagen, das ich nämlich ein Geheimnis. Also, wenn ihr schneller sein wollt als das Licht, dann dürft ihr nur nicht an Albert Einstein denken und auch noch niemals in eurem Leben an Albert Einstein gedacht haben. Probiert es einfach aus, es wird schon funktionieren … 🙂

  • Entfernung bis zur Andromedagalaxie
    2,5 Millionen Lichtjahre

Übrigens, falls ihr keine Zeit für eine solche Traumreise habt, dann wartet ein klein wenig. Die Andromedagalaxie nähert sich nämlich unserer Milchstraße. Irgendwann werden die beiden Galaxien sich durchdringen und miteinander zu einer Riesengalaxie verschmelzen. Geduld also, dann spart ihr das Geld für die Reise.

Unsere Milchstraße bildet zusammen mit der Andromedagalaxie, der Dreiecksgalaxie und einer Menge Zwerggalaxien einen Galaxienhaufen. Dieser Galaxienhaufen wird „lokale Gruppe“ genannt. Die Mitglieder dieser lokalen Gruppe sind alle, vielleicht durch die Gravitation, aneinander gebunden. Durchmesser? Knapp 10 Millionen Lichtjahre.

  • Durchmesser lokale Gruppe
    5 bis 10 Millionen Lichtjahre

So wie es unzählige Galaxien gibt, so gibt es auch eine Menge Galaxienhaufen, in denen sich einzelne Galaxien zusammengefunden haben. Gasthäuser für Galaxien, sozusagen. Das Gasthaus neben unserem Lokal ist die „Canes-Venatici-I-Gruppe“. Und dieses Gasthaus, pardon, diesen Galaxienhaufen mußte ich unbedingt noch besuchen. Denn dort war die Spiralgalaxie Messier 94 gelegen, die ich oben vorgestellt habe.

Meine Reise ging also weiter, heraus aus der lokalen Gruppe und hin zur Spiralgalaxie Messier 94. Dort würde ich dann umdrehen müssen, denn meine Reisekasse war klamm geworden. Für ein Schnitzel sollte es aber noch reichen. Ich fand in M 94 ein einladendes Restaurant, in dem ich mich für die lange Heimreise stärken konnte.

So, nun bin ich wieder daheim angelangt und sitze in meiner Sternwarte. Ich habe die Augen geschlossen und träume von jenem Teil des Universums, für das mein Geld nicht mehr gereicht hat.

Galaxienhaufen als Gasthäuser und Galaxien als Besucher dieser Gasthäuser. Eine schöner Traum! Es gibt eine Menge Galaxienhaufen im Weltall, die sich in Galaxienhaufen-Städten angesiedelt haben. Fehlt nur noch ein Name für diese Großstädte im Universum. Nennen wir sie doch einfach „Supergalaxienhaufen“. Da kann sogar ich mir etwas drunter vorstellen.

Also nochmal: Galaxien finden sich zu Galaxienhaufen zusammen. Und diese Galaxienhaufen organisieren sich in Supergalaxienhaufen.

Meine Heimat ist Mittelfranken in Bayern, gelegen auf dem Planeten Erde, gehörig zum Sonnensystem, das in der Milchstraße liegt. Die Milchstraße ist nur eine Galaxie unter vielen, die sich in der lokalen Gruppe zusammengeschlossen haben. Und diese lokale Gruppe gehört zum Virgo-Superhaufen.

  • Durchmesser Virgo-Superhaufen
    100 Millionen Lichtjahre
    Das ist der Supergalaxienhaufen, zu dem unsere lokale Gruppe gehört.

Wäre es nicht schön, wenn vieles so bliebe, wie es gerade ist? Tja, diese Vorstellung ist ebenso wie mein Spaziergang durchs Universum wohl nur ein Traum. Denn der Wissensdrang der Menschen hat etwas gegen Beständigkeit. Und gerade in der Astronomie ist Fortschritt, der meistens mit Veränderung einher geht, atemberaubend schnell.

Im Jahre 2014 wurde die Grenze unseres Supergalaxienhaufen neu definiert. Zusammenhängende Geschwindigkeitsvektoren gaben die Anregung dazu. Stichwort „Pekuliargeschwindigkeiten“. Man stellte fest, daß der Virgo-Superhaufen nicht der eigentliche Supergalaxienhaufen unserer Heimatgalaxie ist. Er ist vielmehr eingebettet in eine noch größere Struktur, die man Laniakea nannte.

  • Durchmesser Superhaufen Laniakea
    500 Millionen Lichtjahre.

Langsam werden die Zahlen wirklich groß, oder? Und dabei sind wir erst im heimatlichen Teil unseres Universums angelangt.

Ich hatte zwischendurch die Augen aufgeschlagen. Die Flasche Wein war fast leer. Ich füllte den Rest Wein in mein Glas, nippte daran und schloss wieder die Augen. Mein Traum ging weiter …

Ich stellte mir vor, wie die vielen Galaxien im Universum verteilt sind. Doch wohl gleichmäßig. Zwar strukturiert in Galaxienhaufen und Superhaufen, aber dennoch irgendwie gleichmäßig. „Sind sie aber nicht“, meldete sich wie von Ferne eine Traumstimme. Leise säuselnd, so als wolle sie sich bei mir einschmeicheln, sagte sie: „Ich erzähle dir, wie das ist mit dem Universum“.

Die Stimme erzählte: „Man nimmt an, daß sich die Superhaufen in fadenförmigen Filamenten konzentrieren, ähnlich der Wabenstruktur eines Bienenstocks. Die Grenzen der Waben, stellen die Filamente dar. Die Waben selber stehen für annähernd leeren Raum. Diese Leerräume werden Voids genannt.“

Materie und Leere, Filamente und Voids, so ist wohl das Universum aufgebaut. Bleibt die Frage, wie groß es nun ist, dieses Universum?

Das ist nicht ganz einfach zu beantworten, nicht einmal, wenn man sich in einem Traum befindet. Ich denke da muß ich in die Vergangenheit reisen, zurück durch Raum und Zeit, zurück zu dem Zeitpunkt, an dem alles begann.

  • Alter Universum
    13,8 Milliarden Jahre
  • Alter des ältesten bekannten Sterns
    13,6 Milliarden Jahre

Vor 13,8 Milliarden Jahren entstand das Universum. Die gängige Theorie dazu heißt Urknall-Theorie. Das ist ein anschaulicher Name, der den gewöhnlichen Homo Sapiens aber in eine vollkommen falsche Richtung lenkt. Das Universum ist nämlich nicht mit einem Big Bang entstanden, der wie eine Explosion von einem bestimmten Ort ausgeht, sondern …

…und nun wird es interessant!

Irgendwann vor 13,8 Milliarden Jahren geschah irgend etwas. Es war, als würde jemand einen Schalter umlegen und das Universum einschalten. Mit dem Universum entstand der Raum und durch Bewegung von Teilchen im diesem Raum entstand die Zeit. Ohne Bewegung gibt es nämlich keine Zeit.

Wie groß war diese frische Universum nun eigentlich und wie groß ist es heute?

Da kann ich nur sagen: „Keine Ahnung“. Es ist schwierig, etwas zu messen, zu dem kein Bezugspunkt besteht. Wir können versuchen, die Größe des Universums zu ergründen, das wir in irgendeiner Art beobachten können. Wie und wie weit es außerhalb dieser Beobachtungsgrenze weiter geht, werden wir wohl nie erfahren.

Schauen wir also, wie weit wir zurückblicken können in der Zeit und damit im Raum.

Zu Beginn war das Universum sehr heiß. So heiß, daß die Atome noch kein Licht abstrahlen konnten. In dieser Zeit war das neue Universum also in der Tat unsichtbar. Erst als es sich abkühlte, als sich Protonen und Elektronen zu Atomen gruppierten, als diese Atome wieder zerrissen wurden, als beim Rekombinieren der Atome Lichtquanten emittiert wurden, erst da wurde das Universum sichtbar, denn erst ab da existierte das Licht.

Die ersten Sterne, die im Universum entstanden, befinden sich etwa 13,6 Milliarden Lichtjahr von uns entfernt, glaub ich. Und da das Universum als Ganzes entstanden ist, also überall um uns herum gleichzeitig, hat die Größe des beobachtbaren Universums einen Radius von eben diesen 13,6 Milliarden Lichtjahren. Viel weiter können wir nicht zurückblicken.

  • Radius des beobachtbaren Universums
    13,6 Milliarden Lichtjahre
    oder vielleicht doch nicht?

Tja, da gibt es ein kleines Problem, das man erst im vergangenen Jahrhundert realisierte. Der mit dem Universum entstandene Raum dehnt sich nämlich aus, so als würde irgend jemand einen Luftballon aufblasen. Und durch diese Ausdehnung wird die Strecke, die ein Lichtstrahl schon zurückgelegt hat, auch größer. Das hat man hochgerechnet und kam zu dem Ergebnis, daß das beobachtbare Universum einen Durchmessen von 93 Milliarden Lichtjahren hat.

  • Durchmesser des beobachtbaren Universum
    93 Milliarden Lichtjahre
    mit dem Beobachter im Mittelpunkt

Hier endet mein Traum. meine Vorstellungskraft ist allerdings schon sein geraumer Zeit überfordert und ich bin froh, zurück in der Wirklichkeit zu sein. Er war anstrengend, dieser Spaziergang durchs Universum, aber schön. Und wenn ich morgen nochmal träumen sollte vom Universum, dann bin ich fast sicher, daß in diesem neuen Traum vieles anders sein wird. Tja, die Astronomie schreitet rasend schnell voran.

Also, Feierabend.

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