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THEMA: Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da?

Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 26 03. 2020 23:12 #66765

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Die Folgende Frage bewegt mich seit ich Folge 55 gesehen habe.

Wenn sich nach 300000 Jahren plus 40000 Jahren Übergangszeit das Universum so abgekühlt hatte, das sich die Photonen aus der Anihilation frei auf den Weg machen konnten, warum befinden sich dann noch welche von ihnen im inneren eines viele milliarden Jahre alten Universums?

Ist das eine Momentaufnahme des Horizonts den wir gerade sehen?

Bedeuteten die letzten Worte mit dem flachen Universum und den Dreiecken, das es sichtbare kosmische Objekte gibt die einen "Abdruck" hinterlassen haben?

Wenn sich die Hintergrundstrahlung mit Lichtgeschwindigkeit aus allen Richtungen auf uns zu bewegt, dann sollten doch Objekte welche Strukturen darin verursachen hinter dem Horizont liegen...



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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 26 03. 2020 23:34 #66766

Larry,
naja, weil sie da sind, homogen und isotrop verteilt. Sie bewegen sich nicht auf uns zu. Sie bewegen sich in alle Raumrichtungen gleich.

Es sind etwa 400 Photonen/ cm3.

Alle mit c unterwegs und sie haben keine Vorzugsrichtung!

Ihr Energieinhalt entspricht einer Temperatur von etwa 2,7 Kelvin. Also sind es Mikrowellen. Der physikalische Zusammenhang liefert di Gleichung: E = h x c/ lambda, wobei lambda die Wellenlänge ist.

Und die Wellenlänge wurde gedehnt, über die kosmische Expansion seit Beginn, also seit 13,8 Mrd. Jahren.

Thomas

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 27 03. 2020 00:36 #66768

1) Alles befindet sich "im Inneren" des Universums. Die CMBR die wir jetzt sehen, kommt aus Entfernungen, für die die Strahlung eben so lange gebraucht hat.

2) Wir sehen immer eine Momentaufnahme und jeden Tag kommt diese aus weiterer Entfernung als am Tag vorher. Aber natürlich ist es eine Mischung aus einem Gebiet mit einer Tiefe von tausenden von Lichtjahren und keine scharfe Momentaufnahme.

3) Das Video muss ich mir erst noch einmal ansehen, aber es ist so, dass die jeweilige CMBR einen Rückschluss auf die dortige Dichteverteilung der Materie zuläßt.

4) Die Galaxien, die dort entstehen, von wo die CMBR kommt, die wir jetzt sehen, werden erst in 300 Mio Jahren sichtbar werden bzw wird es noch sehr viel länger dauern, bis deren Licht zu uns käme. Ich denke auch, dass sie zu diesem Zeitpunkt bereits hinter dem Horizont liegen werden und gar nicht mehr zu sehen sein werden, aber da bin ich mir gar nicht sicher.

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 27 03. 2020 12:59 #66777

Thomas schrieb:
Alle mit c unterwegs und sie haben keine Vorzugsrichtung!

Richtig. Allerdings haben die Photonen, die wir sehen und mit denen das hübsche Bild gemalt wurde schon eine Vorzugsrichtung - nämlich auf uns zu.

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 27 03. 2020 14:48 #66782

Manfred S schrieb: Vorzugsrichtung

Die Richtung ist nichts "Besonderes" sondern wir sehen eben nur diesen Anteil.

larry schrieb: Bedeuteten die letzten Worte mit dem flachen Universum und den Dreiecken, das es sichtbare kosmische Objekte gibt die einen "Abdruck" hinterlassen haben?

Die Verbindung von heutigen Strukturen in der Nähe mit den (zeitlich und räumlich) weit entfernten Strukturen in der CMBR verstehe ich auch nicht. Erst Recht verstehe ich nicht, wie man dabei überhaupt Figuren konstruieren könnte, die von Dreiecken abweichen.

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 27 03. 2020 23:43 #66792

ra-raisch schrieb:

Manfred S schrieb: Vorzugsrichtung

Die Richtung ist nichts "Besonderes" sondern wir sehen eben nur diesen Anteil.


Und eben jener Anteil hat aus unserer Perspektive eine Vorzugsrichtung. Wo ist der Widerspruch? Genau das schreibt Manfred doch (nach meinem Verständnis).
ra-raisch schrieb:

larry schrieb: Bedeuteten die letzten Worte mit dem flachen Universum und den Dreiecken, das es sichtbare kosmische Objekte gibt die einen "Abdruck" hinterlassen haben?

Die Verbindung von heutigen Strukturen in der Nähe mit den (zeitlich und räumlich) weit entfernten Strukturen in der CMBR verstehe ich auch nicht. Erst Recht verstehe ich nicht, wie man dabei überhaupt Figuren konstruieren könnte, die von Dreiecken abweichen.


Warum sollte man das überhaupt versuchen?

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 27 03. 2020 23:46 #66793

ManfredS,,

nein, keine Vorzugsrichtung!

Was man beobachtet, ist eine Wellenlängenveränderung in Abhängigkeit von unserer eigenen Bewegung. Sprich der Bewegung unserer Galaxie, der Bewegung unserer Sonne um das Milchstraßenzentrum und die Bewegung unser Erde um die Sonne.

Rechnet man all diese Bewegungen heraus, dann ist die Hintergrundstrahlung homogen und isotrop.

Thomas

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 28 03. 2020 00:28 #66798

Thomas schrieb: ManfredS,,

nein, keine Vorzugsrichtung!

Was man beobachtet, ist eine Wellenlängenveränderung in Abhängigkeit von unserer eigenen Bewegung. Sprich der Bewegung unserer Galaxie, der Bewegung unserer Sonne um das Milchstraßenzentrum und die Bewegung unser Erde um die Sonne.

Rechnet man all diese Bewegungen heraus, dann ist die Hintergrundstrahlung homogen und isotrop.

Thomas

Ja ist ja gut.
Natürlich ist die Strahlung homogen und isotrop. Wir sehen jedoch nur den Teil der auf uns gerichtet ist - und dazu noch gerade in dem Augenblick auf uns gerichtet ist, wenn er die unsere Teleskope passiert. Der Begriff Vorzugsrichtung passt nicht gut aber er ergab sich aus der Diskusssion.

Das Ist banal und gibt eigentlich keinen Grund für lange Diskussion.

Ich wollte damit nur andeuten, dass diese "Vorzugsrichtung" bei dem einen oder anderen das Verständnis von dem was wir sehen möglicherweise ungut beeinflußt., weil es eben doch das Gefühl geben könnte, wir stehen im Mittelpunkt, da ja alle Lichtstrahlen auf uns gerichtet zu sein scheinen.

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 28 03. 2020 14:50 #66807

Thomas schrieb: Was man beobachtet, ist eine Wellenlängenveränderung in Abhängigkeit von unserer eigenen Bewegung. Sprich der Bewegung unserer Galaxie, der Bewegung unserer Sonne um das Milchstraßenzentrum und die Bewegung unser Erde um die Sonne.


Was wir beobachten ist die Rotverschiebung durch die kosmische Expansion. Der Dopplereffekt durch die Relativgeschwindigkeiten ist dermaßen vernachlässigbar, dass er eigentlich gar keine Rolle spielt. Oder auf was willst du damit genau hinaus?

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 28 03. 2020 15:17 #66809

Arrakai schrieb:
ra-raisch schrieb:

larry schrieb: Bedeuteten die letzten Worte mit dem flachen Universum und den Dreiecken, das es sichtbare kosmische Objekte gibt die einen "Abdruck" hinterlassen haben?

Die Verbindung von heutigen Strukturen in der Nähe mit den (zeitlich und räumlich) weit entfernten Strukturen in der CMBR verstehe ich auch nicht. Erst Recht verstehe ich nicht, wie man dabei überhaupt Figuren konstruieren könnte, die von Dreiecken abweichen.


Warum sollte man das überhaupt versuchen?

Das versucht man deshalb, um die Raumkrümmung zu bestimmen. Zumindest habe ich Josef in dem Video eindeutig so verstanden.

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 28 03. 2020 15:34 #66811

ra-raisch schrieb: Das versucht man deshalb, um die Raumkrümmung zu bestimmen. Zumindest habe ich Josef in dem Video eindeutig so verstanden.


Scheint mir aussichtslos zu sein. Es ist schon schwer genug, die nötigen Entfernungen zu bestimmen, um die Dichteparameter zu bestimmen (davon hatten wir es vor kurzem mal). Und da man die Krümmung alleine über Ω bestimmen kann, weshalb sollte man dann noch irgendwelche Figuren reinzeichnen? Ich behaupte mal, das geht nicht.

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 28 03. 2020 15:51 #66814

Sagen wir mal so: Das habe ich auch nicht verstanden, aber schau selber nochmal im Video 55 bei ca Min 58:00-59:00

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 28 03. 2020 22:27 #66837

Arrakai,

auf was ich hinaus wollte ist, dass man sämtliche Eigenbewegungen erstmal herausrechnen muss, um ein Bild der Hintergrundstrahlung zu erhalten.

Zum zweiten wollte ich darauf hinweisen, dass die Energie der Hintergrundphotonen einer Temperatur von etwa 2,7... Kelvin entspricht.
Zum Zeitpunkt der Rekombination lag die Temperatur bei etwa 2500-2700 Kelvin.
Dieser Energieverlust bis zum heutigen Zeitpunkt kommt einer Dehnung der Wellenlängen gleich, also einer Verschiebung der Wellenlängen ins Rote.

E = h x c/lamda, oder ausgedeutscht: Wird die Wellenlänge lambda größer, wird die Energie kleiner.

Nach dem Energieerhaltungssatz kann diese Energie aber nicht einfach verschwinden.

Nur, wo ist sie geblieben?

Zwei Gedanken in einen kurzen Beitrag gefasst, kann zu Missverständnissen führen. Bitte um Nachsicht.

Thomas

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 29 03. 2020 00:13 #66839

Thomas schrieb: Nach dem Energieerhaltungssatz kann diese Energie aber nicht einfach verschwinden.

Nur, wo ist sie geblieben?

Der Erhaltungssatz gilt nicht im Kosmos über die Zeit.

Andererseits kann man die Energie der Strahlung auch als unverändert betrachten und die rotverschobene Energie als potentieller betrachten, so wie die rotverschobene Energie im Potential eben stattdessen mehr Potential besitzt.

Das merkwürdige dabei ist nur, dass Materie auf dem selben Weg kinetische Energie (Rezessionsgeschwindigkeit) zu gewinnen scheint, also potentielle Energie verlieren müßte. Als ob das Potential für Licht und Materie entgegengesetze Wege gehen würde. Andererseits steigt das Gravitationspotential mit der Expansion ja auch und die Rezessionsgeschwindigkeit darf man eben nicht als kinetische Energie deuten. Doch dann fehlt für die Materie immer noch ein Ausgleich für den Gewinn an potentieller Energie.

Die Energieerhaltung funktioniert also irgendwo nicht, und damit wird auch kein Naturgesetz verletzt.

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 29 03. 2020 00:42 #66842

Rainer,
die kondensierte Energie, also Materie, schwimmt mit der Raumzeitexpansion mit. Sie verliert also Gravitationsenergie untereinander und gewinnt potentielle Energie.
Die Photonen verlieren auch Energie, indem sie ihre Wellenlänge vergrößern.

Das Universum gleicht einer Spiralfeder, die immer weiter gespannt wird.

Thomas

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 29 03. 2020 01:05 #66845

Thomas schrieb: Sie verliert also Gravitationsenergie untereinander

Es gibt keine Gravitationsenergie. Es gibt nur Bindungsenergie im Gravitationspotential, das ist die potentielle Energie, und diese ist negativ.

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 29 03. 2020 01:12 #66847

Naja, sag ich doch. Gravitationsenergie ist nichts anderes als potentielle Energie in einem Potentialfeld.
Ob sie kosmologisch negativ ist, ist nicht erwiesen.
Thomas

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 29 03. 2020 01:41 #66849

Thomas schrieb: Ob sie kosmologisch negativ ist, ist nicht erwiesen.

Mag sein. Aber es ändert nichts daran, dass sich ausschließlich die potentielle Energie verändert. Und für einen Gleichklang mit Strahlung sollte sie sich mit der Expansion erhöhen.

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 29 03. 2020 19:57 #66866

larry schrieb: Wenn sich nach 300000 Jahren plus 40000 Jahren Übergangszeit das Universum so abgekühlt hatte, das sich die Photonen aus der Anihilation frei auf den Weg machen konnten, warum befinden sich dann noch welche von ihnen im inneren eines viele milliarden Jahre alten Universums?

Ist das eine Momentaufnahme des Horizonts den wir gerade sehen?

Hallo Larry,

Ich kenne mich mit der Logik des Urknalls und der Expansion nicht aus. Daher stelle ich einfach mal meine Überlegung zur Diskussion:

Da die Strahlung zu jeder Zeit in allen Richtungen gleich verteilt war und ist, kann dies keine Momentaufnahme sein, sondern ein kontinuierlicher Zufluss von Photonen, die sich auch heute noch vom Horizont aus zu uns auf den Weg machen und nach xy Mrd. Jahren bei uns sein werden. Dann allerdings mit entsprechend größerer Rotverschiebung.

Der Horizont wird vermutlich auf die Strahlung berechnet, die uns zurzeit erreicht. Bei weiter zunehmender Expansionsgeschwindigkeit sollte der Horizont entsprechend kleiner werden.

Vielleich liege ich auch völlig daneben.

Jürgen.

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 29 03. 2020 22:20 #66867

Jürgen schrieb: kann dies keine Momentaufnahme sein, sondern ein kontinuierlicher Zufluss von Photonen,

Naja das kommt halt darauf an, was man da unter "Moment" versteht.
Ich hatte das so verstanden, dass diese Photonen aus immer weiter entfernteren Gegenden zu uns kommen, die aber alle in der gleichen Ära entstanden sind. Insofern bekommen wir vom selben "Moment" täglich neue Bilder aus anderen Gegenden.

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 30 03. 2020 00:57 #66871

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Hallo zusammen und danke für die schöne Diskussion und die hilfreichen Antworten. Vielleicht folgendes zur näheren Spezifikation der Begriffe die ich ursprünglich verwendet habe.

Mit Moment/Momentaufnahme meinte ich eigentlich den Zeitraum über den die Daten zur Erstellung des Bildes gesammelt wurden. Für die Zeitskalen in denen sich an der Hintergrundstrahlung was ändert sollte das kurz sein.

Initialer Grund die Frage im Thema so zu schreiben war meine Annahme das Universum sei zum Zeitpunkt der Ablösung der Hintergrundstrahlung nicht größer als sein jetziges Alter in Lichtjahren gewesen und hätte sich danach erst mit der expandierenden Strahlung weiter ausgedehnt.
Die Existenz der Hintergrundstrahlung in dieser isotropen Form beweist aber, das es größer als eine uns umgebende Kugel mit 13,8Mrd. Lj Radius gewesen sein muss und das diese Kugel darin komplett enthalten war. Kann man das so sagen?

Zum Thema isotrop und gerichtet würde ich folgendes Bild beschreiben. Ich suche mir meinen Lieblingskubikzentimeter hier direkt vor mir in diesem Moment aus und analysiere mal schnell alle darin enthaltenen Photonen mit dem 2,7K Spektrum nach deren Richtung. Dann sollte jedes einzelne von der oben genannten Kugeloberfläche mit ~13,8Mrd. LJ Radius stammen. Statistisch sind im Würfel alle Richtungen gleichverteilt enthalten, jedes für sich hat aber einen Ursprung und bringt von dort über die Varianzen in der Wellenlänge die Information mit welche im Bild dargestellt ist.

Jetzt die spannende Frage. Bereiche welche im Bild blau sind, wo die Strahlung also "kälter" oder längwelliger ist deuten darauf hin, das hinter dem Horizont oder im Horizont Masse vorhanden ist welche die Strahlung zusätzlich gebremst hat?
Oder ist die Aussage, das alle Photonen ursprünglich die gleiche Energie/Wellenlänge hatten und die beobachteten Fluktuationen erst auf der 13,8Mdr. Jahre Reise durch das Universum eingeprägt wurden?

Sorry, wieder ein langer Text, viele Grüße, Larry.

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 30 03. 2020 13:41 #66874

larry schrieb: Bereiche welche im Bild blau sind, wo die Strahlung also "kälter" oder längwelliger ist deuten darauf hin, das hinter dem Horizont oder im Horizont Masse vorhanden ist welche die Strahlung zusätzlich gebremst hat?

Genau davon wird ausgegangen.
Dass die Strahlung auf ihrem Wege unterschiedlich verändert wurde, ist kaum anzunehmen. Natürlich wird die Strahlung beim Durchqueren von Potentialtöpfen langsamer sein, aber das sieht man ihr nachher nicht mehr an. Es kann also allenfalls sein, dass die beobachtete Sphäre nicht ganz glatt ist. Die Expansion sollte dennoch gleichmäßige Wirkung hinterlassen haben, da diese nicht wirklich entfernungsabhängig sondern vor allem zeitabhängig ist, aber unabhängig von der lokalen Zeit (Eigenzeit).

EDIT:
Beim letzten Statement bin ich mir nun nicht mehr so sicher. Denn wenn die Strahlung langsam durch einen Potentialtopf wandert, wird außerhalb die Expansion zwar voranschreiten, jedoch ohne die Welle dementsprechend zu dehnen. Demnach könnte die kosmische Rotverschiebung auch vom Potential abhängig sein, durch das das Licht gewandert ist.

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 30 03. 2020 18:46 #66877

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Sollten sich Effekte auf die Wellenlänge beim Durchqueren von Potentialtöpfen nicht weitgehend herausnullen und in der Hauptsache Beugungseffekte bleiben?

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 31 03. 2020 00:34 #66884

larry schrieb: Sollten sich Effekte auf die Wellenlänge beim Durchqueren von Potentialtöpfen nicht weitgehend herausnullen

Ja natürlich schon, und sie sollten auch ohnehin gar nicht groß sein, aber die Fluktuationen in der CMBR sind ja auch winzig.... ich kann das jetzt nicht überschlagen, ob es im fraglichen Bereich sein könnte, dazu müßte man sich auch die fraglichen Potentialunterschiede und die räumlichen Dimensionen dieser Töpfe überlegen.

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 01 04. 2020 01:17 #66899

ra-raisch schrieb: 4) Die Galaxien, die dort entstehen, von wo die CMBR kommt, die wir jetzt sehen, werden erst in 300 Mio Jahren sichtbar werden bzw wird es noch sehr viel länger dauern, bis deren Licht zu uns käme.

Die werden wir sehr wahrscheinlich niemals sehen. Man muss dabei bedenken das wir die Region aus der die CMBR kommt auch in 1089 facher Zeitlupe sehen; 1 Mio Jahre dort machen dann schonmal 1 Mrd Jahre hier aus und die Bildung erster Galaxien dauerte länger als eine Mio Jahre...

Rotverschiebung z=1089 bedeutet eben auch Zeitdilatation um diesen Faktor.

larry schrieb: Sollten sich Effekte auf die Wellenlänge beim Durchqueren von Potentialtöpfen nicht weitgehend herausnullen

Ich denke weitgehend aber nicht ganz 100%ig. Die Expansion des Universums geht ja weiter während sich das Licht durch den Potentialtopf bewegt. Es müsste also Netto etwas übrig bleiben.

larry schrieb: Dann sollte jedes einzelne von der oben genannten Kugeloberfläche mit ~13,8Mrd. LJ Radius stammen

13,8Mrd. LJ Radius? Wann und Wo gemessen? Du wirst lachen, aber die Hintergrundstrahlung kommt von einer Kugeloberfläche die zum Zeitpunkt als sie emittiert wurde einen Radius von rund 42 Mio Lichtjahren um uns herum hatte und heute einen Radius von rund 46 Mrd Lichtjahren hat.
13,8 Mrd Jahre ist lediglich die Zeit die das Licht brauchte zu uns zu gelangen, die Entfernung die das Licht durch das (anfangs noch sehr schnell) expandierende Universum zurücklegte. Das ist keine Entfernung die man mit dem Lineal messen könnte.

assume good faith

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 01 04. 2020 10:22 #66900

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Sehr spannend, stimmt, bei einer derart starken Rotverschiebung muss auch eine enorme Raumdehnung statt finden.
Aber reichen hier denn 1089? Das Licht wurde doch aus dem Wellenlängenbereich von nm in den Radiobereich mit cm Wellenlängen verschoben. Das sollten doch eher so 4..5 Zehnerpotenzen sein.

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 01 04. 2020 13:14 #66901

larry schrieb: Aber reichen hier denn 1089?

z+1 gibt auch die Raumdehnung D=d(z+1) exakt an, (das Volumen D³=d³(z+1)³).

Merilix schrieb: Rotverschiebung z=1089 bedeutet eben auch Zeitdilatation um diesen Faktor.

Das ist schon klar.

Merilix schrieb: Die werden wir sehr wahrscheinlich niemals sehen. Man muss dabei bedenken das wir die Region aus der die CMBR kommt auch in 1089 facher Zeitlupe sehen; 1 Mio Jahre dort machen dann schonmal 1 Mrd Jahre hier aus und die Bildung erster Galaxien dauerte länger als eine Mio Jahre...

Naja es geht eher um die kosmische Entfernung zum fraglichen Zeitpunkt (= mitbewegte Entfernung) als um die Dauer.

Ich schreibe "kosmisch" um den Bezug der Gleichzeitigkeit festzulegen.

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Hintergrundstrahlung - Warum ist die überhaupt noch da? 01 04. 2020 20:09 #66904

larry schrieb: Sehr spannend, stimmt, bei einer derart starken Rotverschiebung muss auch eine enorme Raumdehnung statt finden.
Aber reichen hier denn 1089? Das Licht wurde doch aus dem Wellenlängenbereich von nm in den Radiobereich mit cm Wellenlängen verschoben. Das sollten doch eher so 4..5 Zehnerpotenzen sein.

Die Größenordnung kommt schon hin. 1.063 mm heute machen ca 1 µm (oder 1000nm) damals. Der Peak müsste also im nahen Infrarot Bereich IR-A (0,78…1,4µm) gelegen haben. das passt auch mit dem Temperaturbereich (IR-A: 3700…970K)
zum Vergleich: das Maximum der Sonne mit ihrer Oberflächentemperatur von 5900K liegt bei ca. 500nm

Und ja, die Expansionsrate war damals am Ende der strahlungsdominierten Ära noch enorm hoch, ging dann aber rasch runter. Die Galaxie GN-Z11 schätzt man auf 400 Mio Jahre nach dem Urknall...
(Seltsam, da ist wieder der Faktor 1000; der hier aber wohl eher Zufall ist)

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