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Elemente, Licht und Sterne

So ging es weiter

Nach den dramatischen Ereignissen in den ersten Sekunden und Minuten nach dem Urknall kehrt nun erst einmal Ruhe ein. Das junge Universum bleibt nun tausende von Jahren lang ein helles trübes Gemisch von Atomkernen, Elementarteilchen und Strahlung. Dann jedoch folgt der nächste große Entwicklungsschritt.

Die Bildung der ersten Elemente legte die Basis für die spätere großräumige Verteilung der Materie im Kosmos. © Klaus Dolag/ VIMOS-VLT Deep Survey

Die ersten Elemente

Rund 380.000 Jahre nach dem Urknall geschieht plötzlich wieder etwas. Der Kosmos ist nun auf rund 3.000 Grad abgekühlt, auch die Dichte hat weiter abgenommen. Dadurch können sich die zuvor frei im Plasma umherfliegenden Atomkerne und Protonen mit Elektronen verbinden, ohne gleich wieder auseinander gerissen zu werden – die ersten Atome entstehen.

Am Ende dieser Phase der Rekombination enthält das Universum ein Gemisch aus rund 75 Prozent Wasserstoff und 25 Prozent Helium, außerdem Spuren von Lithium. Noch heute sind die beiden leichtesten Elemente mit Abstand die häufigsten im Universum: Von 1.000 Atomen entfallen 900 auf Wasserstoff, weitere 99 auf Helium. Nur ein einziges Atom gehört zu einem der rund hundert anderen Elemente.

Dies ist bisher genaueste Karte der Kosmischen Hintergrundstrahlung, erstellt auf Basis von Daten des Planck-Satelliten. © ESA / Planck Collaboration

Das erste Licht

Die Bildung der ersten Atome und Elemente hat aber noch eine wichtige Folge: Während zuvor vorwiegend geladene Teilchen und Myriaden freier Elektronen im All umherschwirrten, dominieren nun neutrale Atome. Die Elektronen sind nun an die Atomkerne gebunden und damit bekommt das Licht endlich freie Bahn: Statt ständig mit Elektronen zu kollidieren, kann sich die elektromagnetische Strahlung nun nahezu ungehindert im Raum bewegen. Dadurch wird die Strahlung von der Materie entkoppelt und das Universum wird transparent.

Einen Zeugen dieser großen Umwandlung gibt es auch heute noch im All: die kosmische Hintergrundstrahlung. Denn die bei der Rekombination freiwerdende Strahlung ging nicht verloren, sie wurde nur stark verdünnt und gedehnt. As Folge hat sich ihre einst kurze Wellenlänge gestreckt und diese Strahlung liegt heute im Mikrowellenbereich. Aber immerhin: Gut 400 Photonen dieses ersten Lichts gibt es heute noch in jedem Kubikzentimeter des Weltraums, so schätzen Astronomen.

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Diese Aufnahme des Hubble-Weltraumteleskops zeigt eine der ältesten bekannten Galaxien, sie existierte schon 650 Millionen Jahre nach dem Urknall. © NASA, ESA, P. Oesch and I. Momcheva (Yale University), and the 3D-HST and HUDF09/XDF Teams

Die ersten Sterne

Bis die ersten Sterne und Galaxien im jungen Kosmos entstehen, vergehen allerdings noch hunderte Millionen Jahre. Ohne diese Lichtquellen bleibt das Universum dunkel, Astronomen bezeichnen diese Zeit daher auch als das Dunkle Zeitalter. Auf Basis von Daten des Planck-Satelliten schätzen Forscher, dass sich dies erst 550 Millionen Jahre nach dem Urknall änderte – erst dann bildeten sich die ersten Sterne.

Damit kommt nun auch die Produktion der restlichen chemischen Elemente in Gang. Denn erst im Inneren der ersten Sternengeneration verschmelzen nun Wasserstoff, Helium und Lithium zu schwereren Atomen. Innerhalb von wenigen Millionen Jahren haben diese primordialen Sternenriesen ihren Fusionsbrennstoff verbraucht und explodieren in einer Supernova. Dies setzt die schwereren Elemente frei. Letztlich bestehen damit auch wir und alles, was uns umgibt, aus Sternenstaub.

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Nadja Podbregar
Stand: 01.04.2016

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Der Urknall
Eine revolutionäre Idee und ihre Folgen

Ein Priester und die Expansion
Wie Georges Lemaitre den Urknall erfand

Feuerwerk des Uranfangs
Lemaitres Urexplosion – und die Reaktionen

Der Widersacher
Fred Hoyle und sein Steady-State-Modell

Kein Ort, keine Zeit
Wo und was war der Urknall?

Ereignis ohne Ursache
Was löste den Urknall aus?

In der ersten Sekunde
Was geschah nach dem Urknall?

Auslöschung und Urnebel
Die ersten Sekunden und Minuten nach dem Urknall

Elemente, Licht und Sterne
So ging es weiter

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