Sterne: Die Entstehung der ersten Protosterne

astronews.com Redaktion

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Bereits kurze Zeit nach dem Urknall bildeten sich die ersten Sterne. Diese frühen Sonnen sind längst verloschen und nichts erinnert mehr an ihre Größe oder Zusammensetzung. Wie aber sind sie entstanden? Neue Computersimulationen erlauben nun einen detaillierten Blick auf die Entstehungsphase dieser ersten Sterne. Doch vor den Astronomen liegt noch ein Menge Arbeit. (2. August 2008)

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captain kirk

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Zitat: "Ausgangspunkt für die Entstehung der ersten Sterne sind nach den Simulationen der Wissenschaftler offenbar winzige Dichteschwankungen im Gas und in der mysteriösen Dunkelmaterie."

die alles entscheidende frage bei diesem thema ist doch: was ist die ursache dieser dichteschwankungen?
nach den modellen der wissenschaftler muß doch das gas, das nach dem urknall entstand, absolut gleich verteilt gewesen sein!

oder hat maradonna vielleicht recht: "es war die hand gottes...":D
 

komet007

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captain kirk;40982die alles entscheidende frage bei diesem thema ist doch: [U schrieb:
was[/U] ist die ursache dieser dichteschwankungen?
nach den modellen der wissenschaftler muß doch das gas, das nach dem urknall entstand, absolut gleich verteilt gewesen sein!

So ist das etwas zu einfach formuliert. Um Gas im herkömmlichen Sinne hat es sich im Grunde nicht gehandelt. Es entstanden nach der Baryogenese Elektronen und Protonen, eine ganze Menge Strahlung in allen elektromagnetischen Bereichen und vor allem auch hohe kinetische Energien.
Es gab also enorme Druckunterschiede, die bereits zu Verwirbelungen in der Ursuppe geführt haben. Nach der Rekombination, als die Elektronen von den Protonen eingefangen wurden, ging's nochmal richtig zur Sache. Strahlung wurde frei, das elektromagnetische Gleichgewicht veränderte sich. Möglicherweise gab es Primordiale Schwarze Löcher, die das gravitative Gleichgewicht bereits in der Ursuppe gestört haben. Dunkle Materie müsste zudem auch vor der Rekombination verklumpt sein und hat Gravitationstöpfe geschaffen.
Da ging's also ziemlich heiss her im Universum. :)
 

Orbit

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Es gab also enorme Druckunterschiede,...
Enorme? Es war zwar sehr heiss; aber überall etwa gleich heiss.
Möglicherweise gab es Primordiale Schwarze Löcher, die das gravitative Gleichgewicht bereits in der Ursuppe gestört haben.
Wieso gestört? Die verhalten sich ja gravitativ nicht anders als Materie.
Dunkle Materie müsste zudem auch vor der Rekombination verklumpt sein und hat Gravitationstöpfe geschaffen.
Die verklumpt doch aber gerade nicht.
Gruss Orbit
 

komet007

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Der Orbit, immer am Ball... ;)

Enorme? Es war zwar sehr heiss; aber überall etwa gleich heiss.

Druck hat ja nicht zwangsläufig mit Temperatur zu tun, sondern in erster Linie mit unterschiedlichen Dichteverhältnissen. Stell dir vor du hast ein Raumgebiet, das vorwiegend mit Elektronen angereichert ist, in einem anderen Raumgebiet gibt es mehr Protonen - und schon hast du unterschiedliche Raumdichten. Bereits eine Sekunde nach dem Urknall, sollen bereits erste Kerne Wasserstoff, Deuterium, Helium, Lithium enstanden sein, dazwischen schwirrten dann noch eine Menge Elektronen und Neutrinos umher. Also wenn's da keine Druckunterschiede gab, weiß ich auch nicht weiter.

Wieso gestört? Die verhalten sich ja gravitativ nicht anders als Materie.

Primordiale SLer erzeugten womöglich gravitative Potentialtöpfe, die heterogen im Raum verteilt waren, was letztendlich kurz nach dem Urknall zu Unregelmäßigkeiten in den gravitativen Verhältnissen geführt hat.

Die verklumpt doch aber gerade nicht.

Vielleicht nicht in dem Maß, wie es bei baryonischer Materie der Fall ist, die bereits auf molekularer Ebene beginnt, sich gravitativ und elektrostatisch zu binden.
Mittlerweile (ich weiß nicht ob du's mitbekommen hast), geht man sogar davon aus, dass die ersten Sterne im Universum aus Dunkler Materie bestanden haben, wobei gigantische Sterne entstanden sein sollen, deren Strahlung man heute versucht aufzuspüren.
 
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Orbit

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komet007
Druck hat ja nicht zwangsläufig mit Temperatur zu tun, sondern in erster Linie mit unterschiedlichen Dichteverhältnissen.
Das alles hat miteinander zu tun. Aber darum ging's ja gar nicht in meiner Frage. Dass es Dichteschwankungen gegeben haben muss, ist klar. Es ging lediglich ums Wörtchen 'enorm'.
Dass Dichteschwankungen auf diese Weise zustande gekommen sind
Stell dir vor du hast ein Raumgebiet, das vorwiegend mit Elektronen angereichert ist, in einem anderen Raumgebiet gibt es mehr Protonen - und schon hast du unterschiedliche Raumdichten.
ist allerdings kaum denkbar. Welcher Mechanismus hätte denn da Elektronen und Protonen aussortiert?

Natürlich würden primordiale SL Potentialtöpfe bilden. Meine Frage war aber, warum Du das als Störung bezeichnest.

Von diesen DM-Protosternen hab ich schon gelesen. Da man heute aber in DM-Clustern eher eine isotrope, eventuell sogar nach aussen zunehmende DM-Dichte vermutet, denke ich eher an ein Entklumpen von DM im Laufe der Zeit.

Orbit
 
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komet007

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ist allerdings kaum denkbar. Welcher Mechanismus hätte denn da Elektronen und Protonen aussortiert?

Einen aussortierenden Mechanismus hatte ich mir dabei nicht vorgestellt. Ich stelle mir eher die Frage, was für Umstände dazu geführt haben, welche Teilchen nun in der Baryogenese aus Strahlung entstanden sind und warum sie scheinbar relativ gleichmäßig verteilt waren.
Mal etwas übertrieben ausgedrückt, könnten doch in einem Teil des Universums nur Protonen, in einem anderen nur Elektronen enstanden sein. Ich weiß, dass die Theorie der Inflation hier eine Lösung bietet, aber, die Teilchen entstanden lt. Modell erst nach der Inflation aus Strahlung. Gab es dann einen Mechanismus der sagte, "he, hier brauch ich noch ein paar Elektronen und da fehlen mir noch ein paar Protonen und da müssen noch ein paar Neutronen her, ansonsten wird das nix mit den Molekülen".:D
...und dann war da noch die Geschichte mit der CP-Verletzung.
 

Orbit

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komet007
Gab es dann einen Mechanismus der sagte, "he, hier brauch ich noch ein paar Elektronen und da fehlen mir noch ein paar Protonen und da müssen noch ein paar Neutronen her, ansonsten wird das nix mit den Molekülen".
Willst Du mich für dumm verkaufen? Du weisst so gut wie ich, wie Isotropie zustande kommt. Nur zu der von Dir herbei fantasierten Anisotropie müsste ein Mechanismus erfunden werden.
Orbit
 
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komet007

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Willst Du mich für dumm verkaufen?

Würde ich nie wagen. ;)

Du weisst so gut wie ich, wie Isotropie zustande kommt.

Weiß ich in dem Fall leider nicht und die Frage war durchaus ernst gemeint.
Über Entropie können die Teilchen nicht im Universum über solche Distanzen verteilt worden sein, sie müssen also an "Ort und Stelle" in den jeweiligen Raumbereichen zu gleichen Teilen entstanden sein.
Womöglich habe ich das Modell der Inflation dahingehend nicht richtig verstanden oder eine Wissenslücke.
 

jonas

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Entropie dürfte das Stichwort sein. Wenn bereits unmittelbar nach dem Urknall alle Materie und Energie absolut homogen verteilt gewesen wäre, hätte sich unser Universum erst garnicht entwickeln können. Denn dieser Zustand wäre der der vollständigen Entropie. D.h. keine Energieunterschiede mehr, keine Potenzialunterschiede, kein Energiefluss. Ein solches Universum wäre eine Totgeburt gewesen.

Aus der Tatsache, dass es uns gibt, kann man schliessen, dass es wohl ganz enorme Dichteschwankungen gegeben haben muss, die Energieflüsse bis in unsere Zeit zulassen.
 

Orbit

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Jonas
...dass es wohl ganz enorme Dichteschwankungen gegeben haben muss, die Energieflüsse bis in unsere Zeit zulassen.
Jetzt kommst auch Du damit.
Winzige Dichteschwankungen am Anfang genügen, um den Entwicklungsprozess des Universums in Gang zu setzen. Die 'enormen' Dichteunterschiede entstehen erst im Laufe der Zeit, z.B. beim Kollaps einer Gaswolke.
Orbit
 

jonas

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Hi Orbit

Die Begriffe "winzig" und "enorm" sind relativ ;)

Wenn das Universum eine Sekunde nach dem Urknall in der einen Hälfte ein trilliardstel weniger Dichte hatte als in der anderen würde ich das als winzig bezeichnen. Was aber für uns kleine Menschlein ein wahnsinnig grosses Potenzial bedeutet. Das ist wiederum riesig, also enorm.

Orbit schrieb:
Die 'enormen' Dichteunterschiede entstehen erst im Laufe der Zeit, z.B. beim Kollaps einer Gaswolke.
Das hatte ich mir auch überlegt, als ich meinen vorigen post verfasst habe: Kann eine Gaswolke, die absolut gleichverteilt ist und den gesamten Raum ausfüllt (bedenke: der Raum wurde erst durch die Urknallwolke definiert) überhaupt kollabieren? Kann sie nicht nur als Ganzes wieder kollabieren? Also in einem big crunch wieder in sich zusammenfallen?

Lokale Zusammenballungen dürften eigentlich nur dann möglich sein, wenn es Dichteschwankungen innerhalb der universumweiten Wolke gibt.
 

FrankSpecht

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Moin, Orbit,
dass sie damals, 400'000 Jahre nach dem Urknall, relativ klein war. :) Orbit
Sie war aus heutiger Sicht relativ klein. 400'000 Jahre nach dem Urknall war das Universum aber auch wesentlich kleiner und daher die Dichteschwankungen damals (relativ) "enorm". Das ist schon ok so.
 

Orbit

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Es geht um die von COBE gemessenen Temperaturschwankungen in der Hintergrundstrahlung, die ein Mass für die Dichteschwankungen sind. Die betragen heute einige Hunderttausendstel Kelvingrad. Die Temperatur der Hintergrundstrahlung damals war rund 1000 Mal höher. Falls auch die Anisotropie um diesen Faktor grösser war, ergibt das aber trotzdem nur 1/100 K. Und eine Kelvingrad ist ein Kelvingrad, egal bei welchem z man misst.
 

Chrischan

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Ob die Dichteschwankungen nun als "enorm" oder "gering" benannt werden ist anscheinend nur eine Frage der Perspektive.

Angesichts der Wortwahl im Bericht
Ausgangspunkt für die Entstehung der ersten Sterne sind nach den Simulationen der Wissenschaftler offenbar winzige Dichteschwankungen im Gas und in der mysteriösen Dunkelmaterie.
(Hervorhebung durch mich)
halte ich "enorm" allerdings für die unglücklichere Variante...

Gruß, Christian
 

komet007

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Ob die Dichteschwankungen nun als "enorm" oder "gering" benannt werden ist anscheinend nur eine Frage der Perspektive.

Wo du gerade bei Perspektive bist: Seht euch doch mal die Karte der Hintergrundstrahlung genau an. Es gibt beispielsweise Bereiche, in denen überhaupt keine Restwärme vorhanden ist. Diese Bereiche waren also bereits 400000 Jahre nach dem Urknall strahlungs- und somit materiefrei. Diese 3K-Strahlung ist nur der noch beobachtbare Maximalwert, was nicht heisst, dass es nicht schon völlig leere Bereiche, auch nach der Baryogenese gegeben hat. Man nimmt lediglich an, dass die Quantensuppe des Urknalls homogen war, was ich selbst leider aus der Hintergrundstrahlung alleine nicht erkennen kann.

Leider ist meine Frage noch offen, welcher Mechanismus denn nun Elektronen und Protonen zu gleichen Teilen entstehen ließ. Soweit ich weiß, wandelt die Schwache Kraft lediglich Protonen in Neutronen um. Woher "wusste" das Universum nach dem Urknall, wieviel Elektronen es benötigt, das verstehe ich leider nicht. Möglicherweise gibt es darauf ja keine Antwort?
 

Orbit

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komet007
So wie ich die Grafiken zu COBE und WMAP verstanden habe, bedeuten die Farben Abweichungen vom Mittelwert (die warmen Farben nach oben, die kalten nach unten) und zwar in der Grössenordnung von Hunderttausendstel Grad.
Es gibt beispielsweise Bereiche, in denen überhaupt keine Restwärme vorhanden ist.
Wie kommst Du auf diese Idee?

Leider ist meine Frage noch offen, welcher Mechanismus denn nun Elektronen und Protonen zu gleichen Teilen entstehen ließ.
Wie wär's mit dem ganz normalen Beta-Zerfall?
Orbit
 

komet007

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So wie ich die Grafiken zu COBE und WMAP verstanden habe, bedeuten die Farben Abweichungen vom Mittelwert (die warmen Farben nach oben, die kalten nach unten) und zwar in der Grössenordnung von Hunderttausendstel Grad.

Das stimmt natürlich soweit.

Wie kommst Du auf diese Idee?

Ein Indiz, dass es womöglich bereits materiefreie Bereiche gegeben hat, ist womöglich das im letzten Jahr entdeckte Loch im Universum.

Wie wär's mit dem ganz normalen Beta-Zerfall?

Keine Ahnung, im Falle der Rekombination habe ich das so noch nirgends gelesen. Es heisst immer, dass die Elektronen nach dem Freiwerden der Strahlung, von den Protonen eingefangen werden konnten, also muss es diese Elektronen bereits gegeben haben bzw entstanden diese womöglich in der Baryogenese. Aber wie gesagt, ich weiß es nicht.
 

Orbit

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Ein Indiz, dass es womöglich bereits materiefreie Bereiche gegeben hat
Man hat dort keine Sterne entdeckt. Das heisst aber nicht, dass es dort keine Wärmestrahlung gibt.
Es heisst immer, dass die Elektronen nach dem Freiwerden der Strahlung, von den Protonen eingefangen werden konnten
Wie wär's, wenn Du Ursache und Wirkung vertauschen würdest?
Die durch Beta-Zerfall entstandenen, aber wegen hoher kinetischer Energie freien Elektronen und Protonen fanden sich nach einer weiteren Abkühlung als H-Atome wieder, wodurch der Raum dazwischen für Photonen durchlässig wurde.
 
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