Am Anfang war der Wasserstoff

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Woraus besteht das Universum? Diese fundamentale Frage hat Astronomen seit jeher beschäftigt und beschäftigt sie noch heute. In den letzten beiden Jahrzehnten sind Wissenschaftler der Beantwortung dieser Frage aber ein großes Stück nähergekommen. So wissen wir heute mit großer Sicherheit, dass das Universum sich immer schneller ausdehnt – für die Vermessung dieser beschleunigten Expansion gab es 2011 den Nobelpreis für Physik.

Und es wird immer deutlicher, dass die Geschwindigkeit dieser Ausdehnung des Kosmos vor allem durch Energie- und Materiekomponenten bestimmt wird, deren Natur im wahrsten Sinne des Wortes im Dunkeln liegt. Aus gutem Grund wird – nicht nur in wissenschaftlichen Zusammenhängen – von Dunkler Energie und Dunkler Materie gesprochen.

Normale Materie konzentriert sich beispielsweise hier in der Andromeda-Galaxie © gemeinfrei

Herkömmliche Materie, im Fachjargon baryonische Materie genannt, ist besteht aus Atomen und Molekülen und ist für uns direkt messbar. Sie macht aber nicht mehr als vier bis fünf Prozent des kosmischen Materie-Reservoirs aus. Ihr Einfluss auf die Expansionsdynamik des Universums ist damit faktisch ohne Bedeutung. Für Astronomen ist die „normale“ Materie dennoch entscheidend wichtig. Denn schließlich sind es die Baryonen, die wir in Form von Planeten, Sternen und Galaxien am Nachthimmel beobachten können und die uns Aufschluss über die Eigenschaften des Kosmos geben.

Schwerkraft formte Filamente

Die ersten leichten Elemente – Wasserstoff und Helium – bildeten sich nach heutigem Wissensstand kurz nach dem Urknall. Durch Kombination mit den Elektronen entstand ein neutrales Gasgemisch. Etwa 200 Millionen Jahre nach dem Urknall entwickelten sich aus diesem „Urgas“ durch Schwerkraft-Instabilitäten die ersten Sterne im Universum. Nach ihrem Licht halten die Astronomen heutzutage mit den modernsten Teleskopen Ausschau. Während das Gas sich durch die Gravitationskraft in immer dichtere filamentartige Strukturen, die kosmologischen Filamente, zusammenzog, bildeten sich die ersten größeren Galaxien. Sie reicherten das umgebende intergalaktische Gas mit den in den Sternen erzeugten schweren Elementen an.

Galaxien geben jedoch nicht nur schwere Elemente in das umgebende Gas ab, sondern auch Energie in Form von galaktischen Winden. Dadurch wird das Gas aufgeheizt. Solche Winde entstehen, wenn Supernova- Explosionen massiver Sterne geballte Energie freisetzen und die umgebende gasförmige Materie aus den Galaxien treiben.