Astronomie/Astrophysik

[Pirius]

Das kosmische Standardmodell wird zunehmend in Frage gestellt.

https://www.derstandard.at/story/3000000215925/konferenz-in-london-ruettelt-an-den-grundfesten-der-astrophysik

 

Was sich daran nicht verstehe: das Chaos begann doch ziemlich bald nach dem Urknall, als die Suppe aus masselosen Teilchen "kondensierte" und sich eine unerklärliche baryonische Asymetrie zeigte. Plasmaeffekte haben zu Temperaturfluktuationen geführt die sich heute noch messen lassen und Verteilungsschwanken der Materie / dunklen Materie. Auch ziemlich chaotisch.

Insofern kann es doch nicht besonders verwundern, wenn das Universum nicht so gleichförmig ist wie angenommen.

Das ist natürlich nur Hirnwixxerei eines Laien. 

[Patrax Jesus]

Pirius schrieb vor 6 Minuten:

Das kosmische Standardmodell wird zunehmend in Frage gestellt.

https://www.derstandard.at/story/3000000215925/konferenz-in-london-ruettelt-an-den-grundfesten-der-astrophysik

 

Was sich daran nicht verstehe: das Chaos begann doch ziemlich bald nach dem Urknall, als die Suppe aus masselosen Teilchen "kondensierte" und sich eine unerklärliche baryonische Asymetrie zeigte. Plasmaeffekte haben zu Temperaturfluktuationen geführt die sich heute noch messen lassen und Verteilungsschwanken der Materie / dunklen Materie. Auch ziemlich chaotisch.

Insofern kann es doch nicht besonders verwundern, wenn das Universum nicht so gleichförmig ist wie angenommen.

Das ist natürlich nur Hirnwixxerei eines Laien. 

"Es handelt sich um eine Diskrepanz zwischen der lokal gemessenen Expansionsrate und dem aus Beobachtungen der kosmischen Hintergrundstrahlung abgeleiteten Wert", sagt Sarkar. Die "lokale" Expansionsrate wird einfach durch Messungen der Abstände ferner Objekte bestimmt. Weil unsere Mittel für diese Messung auf eine bestimmte Umgebung der Erde beschränkt sind, wird die dabei bestimmte Expansionsrate "lokal" genannt.

rein philosophisch schließt sich hier der kreis zur relativitätstheorie, weil aus dem artikel herausgeht, dass die beobachtungen von der erde aus eher relativ sind. aber ich glaub das kann nur @sherif einordnen ^^

[sherif]

Iniesta schrieb vor 15 Stunden:

wahrscheinlich 1 blöde frage aber in welcher bandbreite müsste sich die ozeantiefe bewegen damit es dann keine eisschicht (ice-VII?) über den festen mantel des planeten gäbe?

aber bei all den unterschiedlichen physikalischen parametern die es da geben kann wäre da die etwaige bandbreite wahrscheinlich eh schon fast wahnsinnig groß. von der temperatur, über die strahlenbelastung, die physikalische zusammensetzung des planets (inkl. atmosphäre), der entfernung zum heimatstern, rotationsgebunden oder nicht, der wassermenge, magnefeld ja oder nein, etc.

wie du schon schreibst, ist die sache so ganz klar dann eben nicht. es spielen dabei nämlich viele parameter eine rolle, so zum beispiel die temperatur (des mantels, des wassers bzw. der generellen gleichgewichtstemperatur des planeten), die masse des planeten, die zusammensetzung des planeten, die ozeantiefe, der salzgehalt oder ob es ein unterirdischer ozean unter einer globalen eisdecke (jupiters mond ganymed zum beispiel) ist oder nicht. 

bei ganymed und auch bei titan geht man davon aus, dass sich unter deren ozean bereits high pressure ice zwischen dem gesteinsmantel und dem unterirdischen ozean befinden wird; im falle von ganymed wäre der ozean ca. 50-100 km dick. aufgrund dessen wird dieser mond als weniger interessant bezüglich möglichem leben angesehen als zum beispiel enceladus oder europa, wo das nicht der fall wäre. in den letzten jahren sind aber auch einige studien rausgekommen, die via simulationen nahelegen, dass es in diesem eis durchaus zu konvektion kommt und dadurch mineralstoffe vom mantel in den ozean gelangen können. ebenso kann es wohl aufbrechen und so ab und an zu einem austausch führen. all das ist auch abhängig von der wärme des mantels und vom salzgehalt des wassers. ganz ausgeschlossen wäre hier ein austausch zwischen mantel und wasser also wohl nicht.

bei temperierten ozeanwelten (also jene in der habitablen zone ohne oberflächeneis) dauert es länger bis das high pressure ice an der mantel-wasser boundary auftreten wird und es kann auch hier wohl trotz des eises zu einem gewissen austausch kommen (sofern der ozean nicht allzu tief wird). in einer studie aus dem jahr 2016 (noack et al. 2016; http://dx.doi.org/10.1016/j.icarus.2016.05.009) gibt es eine nette figur, an der man in abhängigkeit der parameter ablesen kann, wie tief der ozean sein dürfte, um einen austausch zwischen wasser und mantel zu erlauben. je schwerer der planet wird, desto geringer wird auch die ozeantiefe. für die erde mit einer erdmasse wären es in dieser studie ca. 150 km. bei 8 erdmassen - also der ungefähren masse von K2-18b wären - es in etwa 50 - 100 km. letzteres entspräche einem wasseranteil am gesamten gewicht des planeten von eindeutig unter einem prozent. sollte K2-18b doch eine wasserwelt sein, wäre der wasseranteil jedoch wesentlich höher (wohl über 10%).

für exoplaneten mit einer sehr dichten atmosphäre (also 100e bis 10.000e bar - so wie es bei K2-18b der fall sein könnte) wird es allerdings wohl nie einen austausch zwischen mantel und wasser geben, da aufgrund des atmosphärendrucks das wasser im ozean generell bereits in einer superkritischen form existiert (hernandez et al. 2022; https://doi.org/10.1038/s41467-022-30796-5).

egal welche variante für K2-18b nun also stimmen würde - der sehr tiefe ozean oder die sehr dichte atmosphäre -, es deutet sehr viel darauf hin, dass es in diesem fall keinen austausch zwischen mantel und ozean geben kann.

bearbeitet 29. April von sherif

[sherif]

Pirius schrieb vor 2 Stunden:

Das kosmische Standardmodell wird zunehmend in Frage gestellt.

https://www.derstandard.at/story/3000000215925/konferenz-in-london-ruettelt-an-den-grundfesten-der-astrophysik

 

Was sich daran nicht verstehe: das Chaos begann doch ziemlich bald nach dem Urknall, als die Suppe aus masselosen Teilchen "kondensierte" und sich eine unerklärliche baryonische Asymetrie zeigte. Plasmaeffekte haben zu Temperaturfluktuationen geführt die sich heute noch messen lassen und Verteilungsschwanken der Materie / dunklen Materie. Auch ziemlich chaotisch.

Insofern kann es doch nicht besonders verwundern, wenn das Universum nicht so gleichförmig ist wie angenommen.

Das ist natürlich nur Hirnwixxerei eines Laien. 

deine hinwixxerei, dass es nicht sonderlich verwunderlich sein sollte, dass das universum eben vielleicht nicht so ganz gleichförmig sein könnte, ist im prinzip gar nicht so blöd. und zwar deshalb:

unser ereignishorizont des sichtbaren universums ist ca. 80 milliarden lichtjahre groß und eben nicht 13.8 milliarden jahre wie man im ersten moment naiv aufgrund des alters des universums annehmen würde. gründe gibt es dafür zwei: einerseits dehnt sich das universum aus, d.h., objekte, die wir heute mit einem alter von ~13 milliarden jahren sehen, haben sich, seit deren licht ausgesendet wurde, von uns aufgrund ebenjener ausdehnung entfernt. sie sind also heute nicht 13.8 milliarden jahre entfernt, sondern aufgrund der ausdehnung des universums schon etwa 40 milliarden.

außerdem sehen wir natürlich in alle richtungen. d.h. wir können nach zb links schauen und sehen dort objekte, die ca. 40 milliarden lichtjahre entfernt sind. gleichzeitig können wir aber auch in die entgegengesetzte richtung nach rechts schauen und sehen auch dort objekte, die bis zu 40 milliarden lichtjahre entfernt sind. und genau das ist das entscheidende! die am weitesten entfernten objekte links von uns und rechts von uns sind also voneinander etwa 80 milliarden lichtjahre entfernt -  das heißt, sie können sich gegeneinander nicht sehen, weil deren eigener ereignishorizont jeweils nur bis zu uns reicht. objekte in entgegengesetzter richtung von uns liegen also ab einer gewissen grenze außerhalb der ereignishorizonte des jeweiligen anderen. sie können sich im laufe der letzten 13.8 milliarden jahre gegenseitig also in keinster weise beeinflusst haben, da sie keinerlei kontakt zueinander hatten. sie sind also vollkommen unabhängig voneinander!

und da rennt man in ein problem. warum nämlich schaut das universum über größere skalen, also zb 40 milliarden lichtjahre links von uns, gleich aus wie 40 milliarden lichtjahre rechts von uns, obwohl beide seiten nie miteinander in wechselwirkung gewesen sein konnten? warum zum beispiel ist der cosmic micrwave background (cmb) gleich in beide richtungen (inklsuve kleiner schwankungen über kleinere gebiete hinweg)? wenn beide gebiete nie in wechselwirkung zueinander standen, müsste man auch unterschiede erkennen können. stärkere temperaturschwankungen oder masseverteilungen zwischen den beiden gebieten hätten nie ausgeglichen werden können. es müsste im universum also eigentlich anders aussehen, wenn man nach links statt nach rechts blickt. aber das ist nicht der fall. es ist überall gleich. und das ist bzw. war ein sehr großes problem. der logische schluss daraus wäre nämlich, dass das universum eben nicht gleichmäßig sein sollte!

unter anderem auch zur lösung dieses problems kam die theorie der kosmischen inflation auf. ganz zu beginn des urknalls muss es eine phase gegeben haben, in der sich der raum des universum mit unglaublicher geschwindigkeit ausgedehnt haben muss, viel schneller als mit lichtgeschwindigkeit. nur dadurch hätten gebiete im universum, die außerhalb des jeweiligen ereignishorizonts liegen, anfangs in kontakt miteinander sein können. nur dadurch könnte das universum in allen richtungen gleichmäßig sein. zwar ist die kosmische inflation selbst nicht teil des derzeitigen standardmodells der kosmologie, dem lambda-cdm-modell, die gleichmäßigkeit des universums sowie die flachheit des universums ist es aber sehr wohl. viele nehmen dementsprechend implizit die inflation als erklärung dieser gleichmäßigkeit an.

wenn das universum nun aber nicht gleichmäßig sein sollte, wäre das nicht nur im hinblick auf die inflation selbst sehr interessant, sondern eben auch für das standardmodell der kosmologie, da die gleichmäßigkeit des universums eine absolute grundannahme des modells ist. ist diese nicht gegeben, brauchen wir ein neues modell...

Patrax Jesus schrieb vor 3 Stunden:

"Es handelt sich um eine Diskrepanz zwischen der lokal gemessenen Expansionsrate und dem aus Beobachtungen der kosmischen Hintergrundstrahlung abgeleiteten Wert", sagt Sarkar. Die "lokale" Expansionsrate wird einfach durch Messungen der Abstände ferner Objekte bestimmt. Weil unsere Mittel für diese Messung auf eine bestimmte Umgebung der Erde beschränkt sind, wird die dabei bestimmte Expansionsrate "lokal" genannt.

rein philosophisch schließt sich hier der kreis zur relativitätstheorie, weil aus dem artikel herausgeht, dass die beobachtungen von der erde aus eher relativ sind. aber ich glaub das kann nur @sherif einordnen ^^

ja, aber eigentlich sollten sie eben nicht relativ sein in diesem fall. wenn unser standardmodell der kosmologie stimmt, dann müssten beide messmethoden denselben wert ergeben. d.h. es wäre egal, wo und wie du die expansionrate des universums misst, es müsste immer derselbe wert rauskommen. nun ist es aber so, dass man durch messungen des cosmic microvawe backgrounds - also durch beobachtungen des frühen universums - einen wert für die hubblekonstante von ungefähr 67 kilometer pro sekunde pro megaparsec (km/s/Mpc) erhält. misst man aber im lokalen universum via sogenannter standard candles (objekte die in etwa immer dieselbe helligkeit besitzen; supernovae zb) kommt man auf einen wert von ca. 73 km/s/Mpc (ausnahmen gibt es allerdings; erst kürzlich wurde eine studie in einem vortrag präsentiert*, die mit letzterer methode via jwst einen wert von 69 km/s/Mpc erhielt). augrund der messgenauigkeiten sind die fehlerbalken der beiden werte mittlerweile aber so gering, dass beide messmethoden mit einer statistischen signifikanz von >5 sigma nicht mehr miteinander vereinbar sind (d.h. mit einer wahrscheinlich von nur 0.00006% kann man diese divergierenden werte auf messungenauigkeiten zurückführen). und das deutet entweder auf neue physikalische phänomene hin oder auf einen systematischen fehler in einer der beiden methoden. eine möglichkeit zur lösung wäre dabei, dass das universum eben nicht gleichförmig ist. dann könnte nämlich die expansionsrate im lokalen universum anders sein, als anderswo, da die massenverteilung im universum, und dementsprechend auch die anziehungskraft, nicht homogen wäre.

das hat philosophisch betrachtet also relativ wenig mit dem "alles ist relativ" der relativitätstheorie zu tun. die relativitätstheorie selbst ist für die größe dieser werte aber natürlich fundamental. und da könnte auch eine weitere mögliche lösung des problems liegen. der urknall kann nur bis zu einer gewissen grenze mit der relativitätstheorie bzw. mit quantenmechanik beschrieben werden und für eine adäquate beschreibung bräuchte man ab einem gewissen punkt wohl eine übergeordnete theorie wie zb eine theorie der quantengravitation. die hubble tension könnte also auch darauf hindeuten, dass es bei unserem verständnis dieser thoerien probleme gibt oder dass es fundamentale kräfte gibt, die wir (noch) nicht kennen. vielleicht wäre es auch tatsächlich ein hinweis, dass die relativitätstheorie auf lange distanzen zum beispiel fehler aufweist (in diese richtung gehen auch einige theorien, welche versuchen, ohne dunkle materie auszukommen).

man weiß es nicht. wenn man aber wieder occam's razor anwenden würde, wäre die "einfachste" erklärung aber wohl ein systematischer fehler in den messungen (dann wäre jene aktuelle studie mit 69 km/s/Mpc womöglich ein game changer). aber was ist schon die "einfachste" lösung eines problems? wäre zum beispiel eine abwandlung der relativitätstheorie "einfacher", als die annahme dass 96% des universums aus etwas besteht, wovon wir keine ahnung haben, das wir nicht messen können und dementsprechend mit dunkler energie und materie plakativ umschreiben? und da schließt sich auch wieder der kreis zur philosophie ^^

*siehe https://www.newscientist.com/article/2426183-one-of-the-biggest-mysteries-of-cosmology-may-finally-be-solved/

[Pirius]

sherif schrieb vor 27 Minuten:

deine hinwixxerei, dass es nicht sonderlich verwunderlich sein sollte, dass das universum eben vielleicht nicht so ganz gleichförmig sein könnte, ist im prinzip gar nicht so blöd. und zwar deshalb:

unser ereignishorizont des sichtbaren universums ist ca. 80 milliarden lichtjahre groß und eben nicht 13.8 milliarden jahre wie man im ersten moment naiv aufgrund des alters des universums annehmen würde. gründe gibt es dafür zwei: einerseits dehnt sich das universum aus, d.h., objekte, die wir heute mit einem alter von ~13 milliarden jahren sehen, haben sich, seit deren licht ausgesendet wurde, von uns aufgrund ebenjener ausdehnung entfernt. sie sind also heute nicht 13.8 milliarden jahre entfernt, sondern aufgrund der ausdehnung des universums schon etwa 40 milliarden.

außerdem sehen wir natürlich in alle richtungen. d.h. wir können nach zb links schauen und sehen dort objekte, die ca. 40 milliarden lichtjahre entfernt sind. gleichzeitig können wir aber auch in die entgegengesetzte richtung nach rechts schauen und sehen auch dort objekte, die bis zu 40 milliarden lichtjahre entfernt sind. und genau das ist das entscheidende! die am weitesten entfernten objekte links von uns und rechts von uns sind also voneinander etwa 80 milliarden lichtjahre entfernt -  das heißt, sie können sich gegeneinander nicht sehen, weil deren eigener ereignishorizont jeweils nur bis zu uns reicht. objekte in entgegengesetzter richtung von uns liegen also ab einer gewissen grenze außerhalb der ereignishorizonte des jeweiligen anderen. sie können sich im laufe der letzten 13.8 milliarden jahre gegenseitig also in keinster weise beeinflusst haben, da sie keinerlei kontakt zueinander hatten. sie sind also vollkommen unabhängig voneinander!

und da rennt man in ein problem. warum nämlich schaut das universum über größere skalen, also zb 40 milliarden lichtjahre links von uns, gleich aus wie 40 milliarden lichtjahre rechts von uns, obwohl beide seiten nie miteinander in wechselwirkung gewesen sein konnten? warum zum beispiel ist der cosmic micrwave background (cmb) gleich in beide richtungen (inklsuve kleiner schwankungen über kleinere gebiete hinweg)? wenn beide gebiete nie in wechselwirkung zueinander standen, müsste man auch unterschiede erkennen können. stärkere temperaturschwankungen oder masseverteilungen zwischen den beiden gebieten hätten nie ausgeglichen werden können. es müsste im universum also eigentlich anders aussehen, wenn man nach links statt nach rechts blickt. aber das ist nicht der fall. es ist überall gleich. und das ist bzw. war ein sehr großes problem. der logische schluss daraus wäre nämlich, dass das universum eben nicht gleichmäßig sein sollte!

unter anderem auch zur lösung dieses problems kam die theorie der kosmischen inflation auf. ganz zu beginn des urknalls muss es eine phase gegeben haben, in der sich der raum des universum mit unglaublicher geschwindigkeit ausgedehnt haben muss, viel schneller als mit lichtgeschwindigkeit. nur dadurch hätten gebiete im universum, die außerhalb des jeweiligen ereignishorizonts liegen, anfangs in kontakt miteinander sein können. nur dadurch könnte das universum in allen richtungen gleichmäßig sein. zwar ist die kosmische inflation selbst nicht teil des derzeitigen standardmodells der kosmologie, dem lambda-cdm-modell, die gleichmäßigkeit des universums sowie die flachheit des universums ist es aber sehr wohl. viele nehmen dementsprechend implizit die inflation als erklärung dieser gleichmäßigkeit an.

wenn das universum nun aber nicht gleichmäßig sein sollte, wäre das nicht nur im hinblick auf die inflation selbst sehr interessant, sondern eben auch für das standardmodell der kosmologie, da die gleichmäßigkeit des universums eine absolute grundannahme des modells ist. ist diese nicht gegeben, brauchen wir ein neues modell...

ja, aber eigentlich sollten sie eben nicht relativ sein in diesem fall. wenn unser standardmodell der kosmologie stimmt, dann müssten beide messmethoden denselben wert ergeben. d.h. es wäre egal, wo und wie du die expansionrate des universums misst, es müsste immer derselbe wert rauskommen. nun ist es aber so, dass man durch messungen des cosmic microvawe backgrounds - also durch beobachtungen des frühen universums - einen wert für die hubblekonstante von ungefähr 67 kilometer pro sekunde pro megaparsec (km/s/Mpc) erhält. misst man aber im lokalen universum via sogenannter standard candles (objekte die in etwa immer dieselbe helligkeit besitzen; supernovae zb) kommt man auf einen wert von ca. 73 km/s/Mpc (ausnahmen gibt es allerdings; erst kürzlich wurde eine studie in einem vortrag präsentiert*, die mit letzterer methode via jwst einen wert von 69 km/s/Mpc erhielt). augrund der messgenauigkeiten sind die fehlerbalken der beiden werte mittlerweile aber so gering, dass beide messmethoden mit einer statistischen signifikanz von >5 sigma nicht mehr miteinander vereinbar sind (d.h. mit einer wahrscheinlich von nur 0.00006% kann man diese divergierenden werte auf messungenauigkeiten zurückführen). und das deutet entweder auf neue physikalische phänomene hin oder auf einen systematischen fehler in einer der beiden methoden. eine möglichkeit zur lösung wäre dabei, dass das universum eben nicht gleichförmig ist. dann könnte nämlich die expansionsrate im lokalen universum anders sein, als anderswo, da die massenverteilung im universum, und dementsprechend auch die anziehungskraft, nicht homogen wäre.

das hat philosophisch betrachtet also relativ wenig mit dem "alles ist relativ" der relativitätstheorie zu tun. die relativitätstheorie selbst ist für die größe dieser werte aber natürlich fundamental. und da könnte auch eine weitere mögliche lösung des problems liegen. der urknall kann nur bis zu einer gewissen grenze mit der relativitätstheorie bzw. mit quantenmechanik beschrieben werden und für eine adäquate beschreibung bräuchte man ab einem gewissen punkt wohl eine übergeordnete theorie wie zb eine theorie der quantengravitation. die hubble tension könnte also auch darauf hindeuten, dass es bei unserem verständnis dieser thoerien probleme gibt oder dass es fundamentale kräfte gibt, die wir (noch) nicht kennen. vielleicht wäre es auch tatsächlich ein hinweis, dass die relativitätstheorie auf lange distanzen zum beispiel fehler aufweist (in diese richtung gehen auch einige theorien, welche versuchen, ohne dunkle materie auszukommen).

man weiß es nicht. wenn man aber wieder occam's razor anwenden würde, wäre die "einfachste" erklärung aber wohl ein systematischer fehler in den messungen (dann wäre jene aktuelle studie mit 69 km/s/Mpc womöglich ein game changer). aber was ist schon die "einfachste" lösung eines problems? wäre zum beispiel eine abwandlung der relativitätstheorie "einfacher", als die annahme dass 96% des universums aus etwas besteht, wovon wir keine ahnung haben, das wir nicht messen können und dementsprechend mit dunkler energie und materie plakativ umschreiben? und da schließt sich auch wieder der kreis zur philosophie ^^

*siehe https://www.newscientist.com/article/2426183-one-of-the-biggest-mysteries-of-cosmology-may-finally-be-solved/

Sehr schön aufbereitet, danke!

[sherif]

Pirius schrieb vor 22 Minuten:

Sehr schön aufbereitet, danke!

sehr gern!

 

[Gatrik]

@sherif

Nicht unüblich, dass man die Notwendigkeit Definitionen/Modelle/Theorien aufgrund von neuen Erkenntnissen zu ändern/modifizieren im Zuge eines Kongresses/ einer Konferenz bespricht, ähnlich wie beim Pluto damals, oder?