Wichtige Daten
- Die NASA erklärt, dass die Expansion des Universums das Licht dehnt und seine Wellenlänge vergrößert, wodurch es zum roten Ende des Spektrums verschoben wird.
- Die Rotverschiebung lässt sich messen, indem bekannte Merkmale des beobachteten Spektrums mit ihren Referenzpositionen verglichen werden; die ESA nennt dafür atomare Emissions- oder Absorptionslinien und Laborspektren.
- Die ESA unterscheidet die Dopplerverschiebung, die mit der Relativbewegung durch den Raum verbunden ist, von der kosmologischen Rotverschiebung, die durch die Expansion des Raums entsteht.
- Die NASA weist darauf hin, dass Licht von weiter entfernten Objekten länger unterwegs ist und Beobachtungen früherer Epochen des Universums ermöglicht.
- Die NASA datiert den Beginn der beschleunigten Expansion auf ungefähr fünf Milliarden Jahre zurück und führt sie auf die Dunkle Energie zurück.
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Das Licht einer weit entfernten Galaxie kann mit einer längeren Wellenlänge eintreffen, als es sie bei seiner Aussendung hatte. Da längere Wellenlängen am roten Ende des sichtbaren Spektrums liegen, wird das Phänomen Rotverschiebung genannt. Bei der kosmologischen Rotverschiebung wird das Licht gedehnt, während es ein expandierendes Universum durchquert.
Wie sie gemessen wird
Astronomen untersuchen das Spektrum des empfangenen Lichts und suchen nach Merkmalen, deren Referenzposition bekannt ist. Als Beispiel nennt die NASA Absorptionslinien: Indem ihre beobachtete Lage mit ihrer normalen Position im Spektrum verglichen wird, lässt sich die kosmologische Rotverschiebung bestimmen.
Die Europäische Weltraumorganisation erklärt, dass Atome Emissions- und Absorptionslinien bei bekannten Wellenlängen aufweisen. Deshalb lässt sich das Spektrum einer fernen Galaxie oder eines Quasars mit einem im Labor aufgenommenen Referenzspektrum vergleichen, um zu messen, wie weit sich diese Linien verschoben haben.
Expansion des Raums und Dopplereffekt
Die kosmologische Rotverschiebung hängt mit dem Dopplereffekt zusammen, der Wellen ebenfalls verschiebt, wenn sich Quelle und Beobachter relativ zueinander bewegen. Die ESA unterscheidet jedoch die beiden Fälle: Eine gewöhnliche Dopplerverschiebung entsteht durch die Relativbewegung durch den Raum, während die kosmologische Rotverschiebung auf die Expansion des Raums selbst zurückgeht. So können zwei Objekte, die sich relativ zu ihrer lokalen Umgebung in Ruhe befinden, eine Rotverschiebung beobachten, wenn sich der Raum zwischen ihnen ausdehnt.
Als Analogie schlägt die ESA einen Rosinenteig vor. Vor dem Backen ruhen die Rosinen im Teig; wenn dieser aufgeht, vergrößert sich der Abstand zwischen ihnen. Der Vergleich veranschaulicht, wie sich Abstände bei der Expansion vergrößern, und beschreibt nicht alle Einzelheiten des Universums.
Was sie über das Universum verrät
Der NASA-Seite zum Hubble-Weltraumteleskop zufolge gilt im Allgemeinen: Je weiter eine Galaxie entfernt ist, desto größer ist ihre Rotverschiebung. Der Zusammenhang zwischen der Entfernung einer Galaxie und der Geschwindigkeit, mit der sie sich entfernt, ist als Hubble-Gesetz bekannt. Die Spektroskopie – die Untersuchung von in ihre Bestandteile zerlegtem Licht – ermöglichte Edwin Hubble den Nachweis, dass sich Galaxien entfernen. Das nach ihm benannte Weltraumteleskop hat dazu beigetragen, die Messungen der Expansionsrate präziser zu machen.
Die Rotverschiebung eröffnet auch einen Blick in die kosmische Geschichte. Das Licht ferner Objekte braucht länger, um uns zu erreichen; daher sehen wir sie so, wie sie waren, als sie das Licht aussandten. Durch die Dehnung kann Licht aus dem sichtbaren Bereich in den Infrarotbereich übergehen. Hubble verfügt über Detektoren für ultraviolettes, sichtbares und infrarotes Licht. Das James-Webb-Weltraumteleskop mit seiner Infrarotsicht erweitert die Beobachtungsmöglichkeiten auf noch ältere Galaxien und ermöglicht es, einige ferne Galaxien erneut zu untersuchen.
Die Expansion im Lauf der Zeit
Nach der Darstellung der NASA begann sich die anfängliche Expansion des Universums fast unmittelbar durch die Wirkung der Schwerkraft zu verlangsamen und vor ungefähr fünf Milliarden Jahren erneut zu beschleunigen. Die NASA führt diese Beschleunigung auf die Dunkle Energie zurück. Dieselbe Seite beschreibt die Rotverschiebung und die mit Hubble vorgenommenen Expansionsmessungen als Werkzeuge, um zu untersuchen, wie sich das Universum verändert.
Insgesamt verbindet die Messung von Spektren ein beobachtbares Signal – die Verschiebung von Lichtmerkmalen – mit der Expansion des Raums und mit der Epoche, in der dieses Licht seine Reise antrat.