E5 Galaxien und Kosmologie

Thema

Die moderne Kosmologie beschreibt ein flaches, homogenes und isotropes Universum im Großen und Ganzen, das sich zudem beschleunigt ausdehnt.

Die Friedmann-Gleichung, abgeleitet aus der allgemeinen Relativitätstheorie, beschreibt die zeitliche Entwicklung des Skalenfaktors dieses Universums. Sie basiert auf seiner Materie- und Energiedichte, seiner Krümmung und der kosmologischen Konstante, die es ebenfalls charakterisiert. Die kritische Dichte des Universums innerhalb dieser Gleichung trennt die möglichen kosmischen Szenarien: Überschreitet die tatsächliche Dichte des Universums diesen kritischen Schwellenwert, kollabiert das Universum schließlich in sich selbst; fällt sie jedoch darunter, expandiert es ewig. Der beobachtete Fall ist praktisch identisch mit diesem kritischen Schwellenwert – ein flaches Universum –, jedoch mit einem dominanten Anteil an dunkler Energie in der Dichte. Genau diese dunkle Energie bewirkt, dass sich die Expansion des Universums im Laufe der Zeit beschleunigt, anstatt sich zu verlangsamen.

Das beobachtbare Universum ist etwa 13,8 Milliarden Jahre alt, hat einen Radius von mehreren zehn Milliarden Lichtjahren und enthält in diesem gesamten Volumen etwa zwei Billionen Galaxien. Ausgehend vom flachen und homogenen Universum, mit dem dieses Dokument beginnt, und unter Berücksichtigung der Friedmann-Gleichung und der kritischen Dichte, die über Kollaps und ewige Expansion entscheidet, besagt die moderne Kosmologie, dass das gesamte Schicksal des Universums durch den einfachen Vergleich seiner tatsächlichen Dichte mit diesem einen kritischen Schwellenwert bestimmt wird.

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