Die heißesten Orte im Universum – Von der Glut der Erde bis zum Feuer des Urknalls

0:00 Ganz herzlich Willkommen zu einer neuen Folge von Schlafreise durch das Universum, deinem Podcast zum Entspannen, Loslassen und lernen. Kennst du schon unsere anderen Schlafreisereien wie Schlafreise durch vergessene Welten oder Schlafreise durch Natur. Dort findest du noch viele weitere Reisen, die dich sanft in den Schlaf begleiten, aber heute Nacht reisen wir gemeinsam durch die heißesten Orte, die das Universum zu bieten hat, von der glühenden Tiefe unserer Erde über die tosende Oberfläche der Sonne.

0:29 Bis zu den extremsten Temperaturen, die in der Natur überhaupt möglich sind. Mach es dir bequem, lass deine Augen zufallen und begleite mich auf dieser feurigen und doch ganz ruhigen Reise, bevor wir aufbrechen, lass uns kurz innehalten und über Wärme nachdenken. Wärme ist eigentlich nur Bewegung, wenn ein Körper heiß ist, dann bedeutet das, die Teilchen in ihm, also die Atome und Moleküle bewegen sich sehr schnell, sie zittern, stoßen zusammen, rasen umher. Je schneller diese Bewegung, desto heißer der Körper. Wenn wir also von den heißesten Orten im Universum sprechen, sprechen wir von Orten, an denen Teilchen mit größtmöglicher Raserei aufeinandertreffen und die Skala, auf der wir das Messen, nennt sich Kelvin 0

1:15 Kelvin ist der absolute Nullpunkt der kälteste mögliche Zustand -273,15 Grad Celsius, von dort aus geht es nur nach oben. Theoretisch bis ins Unvorstellbare. Heute Nacht werden wir diese Skala Schritt für Schritt erklimmen, von den Temperaturen, die wir noch halbwegs kennen, bis hinzu Zahlen, die das menschliche Vorstellungsvermögen vollständig übersteigen, fangen wir ganz nah an bei uns auf der Erde.

1:44 Die meisten Menschen verbinden Hitze mit einem heißen Sommertag, vielleicht mit 40 Grad Celsius, das sind etwa 313 Kelvin. Unangenehm, aber im kosmischen Maßstab geradezu lächerlich kühl. Selbst ein Holzfeuer, das in einem Kamin brennt, erreicht nur etwa 600 bis 800 Grad, ein Schmelzofen in der Stahlhütte kommt auf etwa 1500 grad, das ist heiß genug, um Eisen flüssig zu machen, es ist der Stoff, aus dem Schwerter und Brücken entstehen, wenn dich der Prozess der Eisenherstellung interessiert, Suche gerne nach Wissensreise durch das Periodensystem der Elemente in deinem Podcast Player.

2:24 Doch die Erde selbst trägt in ihrem Inneren eine ganz andere Art von Hitze. Der innere Erdkern, die feste Kugel, bestehend aus Eisen und Nickel mit einem Radius von etwa 1220 Kilometern, hat eine Temperatur von schätzungsweise 5000 bis 6000 Grad Celsius, das ist ungefähr so heiß wie die Oberfläche der Sonne. Diese Hitze stammt zum Teil noch aus der Zeit, als die Erde vor 4,5 Milliarden Jahren aus Gas und Staub zusammenklummte und die kinetische Energie aller kollidierenden Gesteinsbrocken in Wärme umgewandelt wurde.

2:57 Zum anderen Teil stammt sie aus dem Zerfall radioaktiver Elemente wie Oran, Thorium und Kalium 40, die tief im Innern der Erde wie winzige Unaufhörliche Heizkörper funktionieren. Diese Wärme ist es, die die tektonischen Platten bewegt, die Vulkane speist und dafür sorgt, dass die Erde kein starrer toter Steinball ist, sondern ein lebendiger, dynamischer Planet. Wenn wir die Erde verlassen und unseren Blick nach oben richten zur Sonne, dann erwarten wir eigentlich, dass es dort noch heißer wird, und das stimmt auf eine sehr merkwürdige Weise. Die sichtbare Oberfläche der Sonne, die sogenannte Photosphäre, hat eine Temperatur von etwa 5500 Grad Celsius, vergleichbar also mit dem Erdkern. Interessant, aber kaum höher

3:44 fast schon enttäuschend, wenn man an die gewaltige Größe der Sonne denkt. Das eigentliche Rätsel ist, wenn man die Sonne von der Seite betrachtet, durch spezielle Instrumente, die ultraviolettes Licht und Röntgenscheinung sichtbar machen, dann zeigt sich die Corona, die äußere Atmosphäre der Sonne, die sich über Millionen von Kilometern Entstreckt und. Und diese Corona ist heiß, unvorstellbar heiß, während die Oberfläche eben diese 5500 grad hat, erreicht die Corona Temperaturen von einer bis zu 3000000 Grad Celsius, das ist ein Faktor von fast 500 bis 1000 die Atmosphäre ist heißer als die Oberfläche unter ihr, das widerspricht allem, was wir aus dem Alltag kennen.

4:24 Wenn du dich einem Lagerfeuer näherst wird es heißer, nicht kühler dieses Phänomen. Das sogenannte Corona Hitzeproblem ist eines der großen ungelösten Rätsel der Sonnenphysik. Wissenschaftlerinnen diskutieren seit Jahrzehnten darüber, eine der führenden Theorien besagt, dass sogenannte Alphenwellen, magnetische Wellen, die durch das Plasma der Sonne laufen, Energie in die Corona transportieren und dort in Wärme umwandeln.

4:53 Eine andere Theorie setzt auf sogenannte Nano Flairs, winzige, ständig wiederkehrende magnetische Explosionen. Die zusammen genug Energie freisetzen, um die Corona auf diese unvorstellbaren Temperaturen zu heizen. Wahrscheinlich ist es eine Kombination aus beidem, aber eine endgültige Antwort haben wir im Menschen noch nicht.

5:15 In regelmäßigen Abständen kommt es auf der Sonne zu noch extremeren Ereignissen, Sonneneruptionen und Koronale Massenauswürfe bei einer besonders starken Eruption, einem sogenannten x klasse Flair. Können die Temperaturen im Ausbruchsgebiet auf über 20000000 Grad Celsius ansteigen, im Bruchteil einer Sekunde die dabei freigesetzte Energiemenge entspricht Millionen von Atombomben, die gleichzeitig explodieren.

5:42 Diese Energie reißt als Strahlung und Teilchenstrom durch das Sonnensystem und kann, wenn sie auf die Erde trifft, Satelliten beschädigen, Stromnetze stören aber auch wunderschöne Polarlichter erzeugen. Das schönste und das gefährliche, manchmal sehr dicht beieinander. Doch bleiben wir noch einen Moment bei der Sonne, selbst in ihrem Innern, im Zentrum der Sonne, im sogenannten Kernbereich, herrschen Temperaturen von etwa 15000000 Grad Celsius, dort findet die Kernfusion statt, der Prozess, der die Sonne zum Leuchten bringt. Unter diesem immensen Druck etwa 250 Milliarden mal der der Atmosphäre.

6:24 Werden Wasserstoffkerne mit solcher Wucht zusammengepresst, dass sie zu heliumkernen verschmelzen? Dabei wird nach der berühmten Formel von Albert Einstein EMC Quadrat Masse in Energie umgewandelt, jede Sekunde wandelt die Sonne etwa 600000000 Tonnen Wasserstoff in Helium um und dabei werden knapp 4000000 Tonnen Masse vollständig in Energie umgewandelt. 4000000 Tonnen pro Sekunde seit 4,6 Milliarden Jahren und die Sonne hat noch genug Brennstoff für weitere 5 Milliarden Jahre. Aber jetzt verlassen wir die Sonne und Reisen weiter hinaus in das Universum, zu Objekten, die noch extremer sind. Die Sonne ist im kosmischen Vergleich eher ein durchschnittlicher Stern, mittelgroß, mittelheiß, mittellanglebig, es gibt eben

7:14 Sterne, die weit extremer sind, massereiche blaue Überriesen. Zu denen wir auch eine Folge haben, die ich Sterne verlinke, zum Beispiel Sterne der Spektralklasse o. Können Oberflächentemperaturen von 40000 bis 50000 Kelvin erreichen, das ist schon mal 10 mal heißer als die sonnenoberfläche, sie leuchten in einem bläulich weißen Licht, das dem menschlichen Auge fast unwirklich erscheinen würde, und strahlen Energie in einem Ausmaß ab, das 1000000 mal größer ist als das der Sonne. Diese Sterne verbrennen ihren Brennstoff so schnell, dass sie nur wenige Millionen Jahre alt werden. Ein Wimpernschlag im kosmischen Zeitmaßstab ihr Inneres, ein Fusionskern, erreicht dabei Temperaturen von mehreren 100000000 Kelvin, doch selbst

8:03 diese Reparaturen werden bei weitem übertroffen, wenn ein massereicher Stern stirbt, am Ende seines Lebens kollabiert der Kern eines solchen Sterns in Bruchteilen einer Sekunde. Der äußere Teil des Sterns wird in einer gewaltigen Explosion ins All geschleudert, einer Supernova, die Temperaturen im Kern während dieses Kollaps erreichen.

8:24 Für einen winzigen Moment 10 bis 100 Milliarden Kelvin 100 Milliarden Grad in diesem Inferno werden Elemente wie Gold, Platin, Uran und viele andere schwere Atome erzeugt, die nur unter diesen extremen Bedingungen entstehen können. Das Gold in deinem Ring, das Platin in der Elektronik deines Mobiltelefons, das Suran in den Kernkraftwerken, all das wurde in einer Todessekunde eines Sterns geboren.

8:54 Vor Milliarden von Jahren, weit entfernt von der Erde und dann durch die Supernova Explosion in den interstellaren Raum geschleudert, von wo es sich irgendwann in Wolken aus Gas und Staub sammelte, aus denen neue Sterne und Planeten entstanden. Wir alle sind aus Sternenstaub. Aber auch eine Supernova ist noch nicht das Extremste. Es gibt ein Objekt im Universum, das in einem ganz anderen Temperaturenbereich spielt, ein Neutronenstern kurz nach seiner Entstehung in einer Supernova, ein Neutronenstern ist das Überbleibsel des kollabierten Sternkerns es enthält die Masse von 2 Sonnen, gepresst auf einen Körper mit einem Durchmesser von nur etwa 20 Kilometern.

9:42 Kurz nach der Entstehung kann die Oberflächentemperatur eines Neutronensterns 1000000 Kelvin betragen. Sein Inneres, das aus exotischen Formen von Materie besteht, über die die Physik noch rätselt, könnte auf etwa bis zu 100 Milliarden Kelvin erhitzt werden. Ein Neutronenstern ist so dicht, dass ein Teelöffel seiner Materie eine Milliarde Tonnen wiegen würden, und er dreht sich oft hunderte Male pro Sekunde um die eigene Achse.

10:11 Es gibt noch eine Klasse von Ereignissen im Universum, die selbst die Neutronensterne in den Schatten stellt. Wenn 2 Neutronensterne miteinander verschmelzen, erzeugen sie für einen kurzen Moment Bedingungen, die zu den extremsten im bekannten Universum gehören. Die Temperaturen von bei so einer Kilonova, wie dieses Ereignis genannt wird, können Hunderte von Milliarden bis zu einer Billion Kelvin erreichen, und sie setzen massive Mengen an Gravitationswellen frei. Erschütterung der Raumzeit selbst, die wir seit 2015 mit Detektoren wie Ligo auf der Erde messen, können im Jahr 2017 beobachten, Astronom innen zum ersten Mal eine solche kilonova GW 170817 und stellten fest, dass dabei Mengen an Gold und anderen schweren Elementen

10:58 entstanden, die den Massegehalt der Erde um das Tausendfache überstiegen. Es gibt noch ein weiteres kosmisches Phänomen, das in puncto Temperatur die Grenzen des Vorstellbaren verschiebt, den Gammastrahlenausbruch. Diese Ereignisse sind die hellsten und energiereichsten Explosionen im Universum seit dem Urknall.

11:22 Sie entstehen entweder beim Kollaps eines massereichen rotierenden Sterns zu einem schwarzen Loch oder bei der Verschmelzung zweier Neutronensterne, die dabei frei werdende Energie wird in 2 gebündelten Strahlen ausgestoßen, sogenannten Jets. Die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch den Raum rasen und dabei Temperaturen im Bereich von Millionen bis Hunderten von Trillionen Kelvin erreichen. Ein typischer Gammastrahlenausbruch dauert zwischen einem wimperzucken wenigen Millisekunden und einigen Minuten, aber in dieser kurzen Zeit setzt er mehr Energie frei als die Sonne in ihrer gesamten 10 Milliarden Jahre langen Lebenszeit.

12:03 Würde ein solcher Ausbruch in einem Radius von wenigen 1000 Lichtjahren um die Erde stattfinden und seine Jets auf uns gerichtet sein, wäre das eine ernsthafte Bedrohung für das Leben auf unserem Planeten. In der Milchstraße sind solche Ereignisse jedoch selten und bisher ist kein Ausbruch in gefährlicher Nähe beobachtet worden, aber sie erinnern uns daran, dass das Universum nicht immer der ruhige, geduldige Ort ist, den wir nachts am Sternenhimmel zu sehen glauben.

12:29 Nun aber zu einem Ort, der in einer ganz anderen Klasse spielt, dem heißesten bekannten Ort im Universum, gemessen an einem einzelnen, definierten Objekt. Im Jahr 2012 veröffentlichten Forscher innen Daten des Candrea Röntgenteleskops über einen Galaxiehaufen mit einem ernüchternen Namen El Gordo, auf Spanisch der Dicke oder manchmal auch übersetzt als der Fette. Dieser Galaxienhaufen befindet sich etwa 7,2 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt und entstand durch die Kollision zweier gigantischer Galaxiehaufen. Das heiße Gas zwischen den Galaxien, das sogenannte Intraclustermedium, wurde bei dieser Kollision auf Temperaturen von etwa 150000000 Kelvin aufgeheizt. Das ist 10 mal heißer als das

13:19 Innere der Sonne, und dieses Gas umfasst ein Volumen, das Millionen von Galaxien beherbergen könnte. Doch auch dieser Wert verblasst gegenüber dem, was in Teilchenbeschleunigern auf der Erde erzeugt wurde, unter kontrollierten Bedingungen für den Bruchteil einer Sekunde im Large Hadron Collidar, dem LHC des Cerns bei Genf, werden Goldionen oder Bleikerne auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und dann zur Kollision gebracht.

13:48 Bei diesen Kollisionen entsteht für einen winzigen Moment ein sogenanntes Quarks Gluonplasma, ein Zustand der Materie, bei dem selbst die Protonen und Neutronen in ihre grundlegendsten Bestandteile, die Quarks und Luronen, zerfallen. Die dabei erreichten Temperaturen liegen bei etwa 4 Billionen Kelvin, also 4. * 10 hoch 12, das ist ungefähr 250000 mal heißer als das Zentrum unserer Sonne. Und es ist der heißeste Zustand, der jemals von Menschenhand erzeugt wurde.

14:22 Interessanterweise verhält sich dieses Quark gluon Plasma eher wie eine perfekte Flüssigkeit als wie ein Gas, es fließt mit nahezu keinem inneren Reibungswiderstand, eine Eigenschaft, die Physikerinnen noch immer fasziniert und überrascht, aber selbst 4 Billionen Kelvin sind nicht die höchste Temperatur, über die die Physik spricht, es gibt eine theoretische Grenze, die. Die sogenannte Planck Temperatur, sie beträgt etwa 1,416 * 10 hoch 32 k.

14:52 Das ist eine Zahl mit 32 Nullen, ausgeschrieben in einer Größenordnung von 141000000 Trillionen Trillionen Kelvin. Bei dieser Temperatur bricht unsere gesamte bekannte Physik zusammen. Die Quantenmechanik und die allgemeine Relativitätstheorie, die 2 großen Säulen unseres physikalischen Weltbildes widersprechen sich bei diesen Bedingungen so fundamental, dass keine der beiden Theorien mehr anwendbar ist. Diese Temperatur herrsche, soweit wir es verstehen können, etwa eine Planck Zeit nach dem Urknall, also 10 hoch -43 Sekunden nach dem Beginn von allem. In diesem Moment war das gesamte beobachtbare Universum, das heute 93 Milliarden Lichtjahre Durchmesser hat, in einem unvorstellbar kleinen, unendlich

15:45 heißem Punkt konzentriert. Was davor war oder ob es überhaupt einen davor gab, ob Zeit und Raum in diesem Punkt überhaupt eine Bedeutung hatten, das weiß die Wissenschaft nicht, es ist die Grenze des erkennbaren, die Stelle, an der unser dessen Ende und das Staunen beginnt seit diesem o Moment dehnt sich das Universum aus und kühlt sich dabei ab, die. In den ersten Minuten nach dem Urknall, als die Temperatur von Trillionen auf einige Milliarden Kelvin sank, entstanden die ersten Atomkerne, hauptsächlich Wasserstoff und Helium, in einem Prozess, der als Urknall nukleosynthese bezeichnet wird, etwa 380000 Jahre nach dem Urknall, als die Temperatur auf rund 3000 Kelvin gefallen war, konnten sich erstmals stabile Atome bilden.

16:31 Das Universum wurde transparent und das Licht, das dabei freigesetzt wurde, reist noch heute durch den Kosmos. Wir messen es als die kosmische Hintergrundstrahlung, eine Strahlung, die das Universum gleichmäßig erfüllt und heute einer Temperatur von noch etwa 2,73 Kelvin entspricht, also fast 3 Grad über dem absoluten Nullpunkt, das ist die Temperatur des Universums heute im großen Durchschnitt ein leises, kühles Echo des Feurigen anfangs.

17:01 Es ist ein merkwürdiges Gefühl, über diese Extreme nachzudenken. Von 2,73 kelvin bis 10 hoch 32 kelvin, das ist eine Spanne, die das Vorstellungsvermögen überfordert, und doch leben wir auf unserer kleinen Erde in einem schmalen, zufälligen Temperaturband, das Wasser flüssig hält, das Kohlenstoffchemie ermöglicht und somit Leben erlaubt.

17:24 Die Erde hat eine Durchschnittstemperatur von etwa 15 Grad Celsius, also 288 Kelvin. Ein kleiner Bereich auf der kosmischen Skala der Temperaturen. Und doch ist es dieser kleine Bereich, das Einzige, was wir sicher kennen. Das einzige Stück Kosmos auf dem Leben möglich ist. Das einzige zu Hause, das wir haben.

17:45 Stell dir vor, du schwebst gerade weit oben über der Erde und schaust hinunter, du siehst die blaue Farbe der Ozeane, die weißen Spiralen der Wolken, das Grün der Wälder, das Braun und Grau der Gebirge. Alles in einen zarten Hauch von der Atmosphäre eingehüllt, dünn wie die Haut eines Apfels, verglichen mit dem Durchmesser des Planeten.

18:06 Und du weißt jetzt, was draußen ist. Die Hitze, der Corona, die Glut der Supernovae, das Inferno, der Neutronenstern, Kollisionen, das Quark Gluon Plasma, der Teilchenbeschleuniger, die Plancktemperatur des Urknalls. Das Universum ist ein Ort der extremen Kontraste, fast vollständig entweder glühend heiß oder nahe dem absoluten Nullpunkt. Lebensfreundliche Temperaturen sind eher die kosmische Ausnahme als die Regel, diese zerbrechliche blaue Kugel, diese schmale Temperaturzone, dieser Film aus Luft und Wasser und leben ist das Kostbarste, was wir kennen. Denn während das Universum voller Extreme ist, voller tosender Plasmen und glühender Gaswolken, voller kosmischer Schmelzöfen und kalter Leere,

18:52 hat dieser Planet die richtige Mischung aus dem Abstand zur Sonne, aus flüssigem Wasser, aus schützender Atmosphäre und stabiler Schwerkraft. Es gibt im bekannten Universum keinen zweiten Ort, von dem wir wüssten, dass er diese Bedingungen erfüllt. Jedes Grad, das wir ihrer Atmosphäre unnötig hinzufügen, jedes Stück Eis, das von den Polen schmilzt, jede Art, die wir zum Schwingen bringen, ist ein Schritt weg vom zartem Gleichgewicht, das diesen Planeten bewohnbar macht. Lass diese Gedanken jetzt ganz leise werden, du hast heute Nacht eine Reise gemacht, die Milliarden von Jahren überspannt hat und Temperaturen berührt hat, die das menschliche Gehirn kaum fassen kann.

19:34 Von der Glut des Erdkerns über die tosende Corona der Sonne durch die Inferno Sterbender Sterne bis hinauf zur größten Hitze im Universum, dem Augenblick nach dem Urknall. Jetzt ist alles ruhig, die Zahlen und Temperaturen, die Milliarden und Billionen, sie lösen sich auf, übrig bleibt nur das Gefühl, wie kostbar dieser Ort ist, wie unwahrscheinlich, wie schützenswert. Ich wünsche dir eine gute Nacht.

20:00 Und bis zur nächsten Folge von Schlafreise durch das Universum. Wenn dir diese Folge gefallen hat, bewerte gerne einen Podcast. Dass dies hilft, weitere spannende Folgen zu produzieren.