Die schnellsten Objekte im Universum - kosmische Geschwindigkeitsrekorde

0:00 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 Natur heute nehmen wir dich mit auf eine Reise zu den schnellsten Objekten im Kosmos. Objekte, die sich mit so enormen Geschwindigkeiten bewegen, dass die Gesetze der klassischen Physik versagen und nur noch Einsteins Relativitätstheorie ihre Bewegung beschreiben kann. Mach es dir bequem, schließe sanft deine Augen und lass uns gemeinsam durch das Universum rasen. Schneller als du es dir jemals vorstellen kannst. Bevor wir zu den kosmischen Geschwindigkeitsrekorden aufbrechen, müssen wir über die

0:47 ultimative Geschwindigkeitsbegrenzung des Universums sprechen, die Lichtgeschwindigkeit. Im Vakuum bewegt sich Licht mit exakt 299792000 phi 158 Metern pro Sekunde oder etwa 300000 Kilometern pro Sekunde. Das bedeutet, dass Licht in einer Sekunde mehr als 7 mal um die Erde reisen könnte. Diese Geschwindigkeit ist nicht nur extrem schnell. Sie ist nach unserer heutigen physikalischen Erkenntnis die absolute Obergrenze für jede Bewegung im Universum. Albert Einstein erkannte 1905 in seiner speziellen Relativitätstheorie, dass die Lichtgeschwindigkeit geht, eine fundamentale Konstante der Natur ist. Nichts mit Masse kann sich schneller bewegen als das Licht. Je näher ein Objekt an die

1:49 Lichtgeschwindigkeit herankommt, desto mehr Energie wird benötigt, um es weiter zu beschleunigen. Und bei genau der Lichtgeschwindigkeit würde die benötigte Energie unendlich werden. Nur masselose Teilchen wie Photonen, die Lichtteilchen selbst, können sich mit dieser ultimativen Geschwindigkeit bewegen. Stell dir vor, du Schwebst im All und beobachtest die schnellsten bekannten Objekte.

2:16 Beginnen wir mit etwas Vertrautem, den schnellsten von Menschen geschaffenen Objekten, die Parker Solarprobe der Nasa gestartet 2018 ist das schnellste jemals gebaute Raumschiff bei ihrer nächsten Annäherung an die Sonne erreicht sie eine Geschwindigkeit von etwa 192 Kilometern pro Sekunde oder knapp 700000 Kilometer pro Stunde.

2:45 Das ist weniger als ein Tausendstel der Lichtgeschwindigkeit, aber immer noch schnell genug, um von New York nach Tokio in weniger als einer Minute zu fliegen. Doch im kosmischen Maßstab ist selbst die Parker Solaprobe langsam wie eine Schnecke. Lass uns zu den wirklich schnellen Objekten aufbrechen, beginnen wir mit den Hyper Velocity Stars hyperschnellen Sternen.

3:14 Diese Sterne wurden Wenigst durch Begegnungen mit supermassereichen schwarzen Löchern im Zentrum von Galaxien auf extreme Geschwindigkeiten beschleunigt. Wenn ein Doppelsternsystem zu nahe an ein schwarzes Loch gerät, kann einer der Sterne eingefangen werden, während der andere mit enormer Geschwindigkeit weggeschleudert wird. Der erste entdeckte Hyperschnelle Stern bezeichnet als SDS SSS Jat 0907450 + 24507, bewegt sich mit etwa 850 Kilometern pro Sekunde durch das all. Das ist mehr als 4 mal so schnell wie die Parker Solarprobe, das entspricht etwa 3000000 Kilometern pro Stunde, die.

4:02 Dieser Stern wurde wahrscheinlich vor etwa 80000000 Jahren aus dem Zentrum unserer Milchstraße geschleudert und ist seitdem auf einer Geraden Bahn durch die Galaxis unterwegs. In etwa 10000000 Jahren wird er die Milchstraße verlassen und für immer in den intergalaktischen Raum entschwinden. Inzwischen haben Astronomen Dutzende solcher Hyperschneller Sterne entdeckt.

4:29 Der schnellste bekannte Stern dieser Kategorie bewegt sich mit etwa 1700 Kilometern pro Sekunde. Das ist mehr als ein halbes Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Bei dieser Geschwindigkeit würde der Stern die Entfernung von der Erde zur Sonne in weniger als einem Tag zurücklegen, eine Strecke, für die das Licht etwa 8 Minuten benötigt, noch schneller als diese Sterne sind pulsare, rotierende Neutronensterne, die.

5:00 Pulsare sind die kollabierte Kerne massereicher Sterne nach einer Supernova Explosion. Sie haben typischerweise etwa 1,4 Sonnenmassen, aber einen Durchmesser von nur etwa 20 Kilometern. Diese extreme Kompression führt zu ebenso extremen Rotationsgeschwindigkeiten der schnellste bekannte Pulsar PSR. Ja, 17482446 AD rotiert 716 mal pro Sekunde. Das bedeutet, dass ein Punkt auf seinem Äquator sich mit etwa 24% der Lichtgeschwindigkeit bewegt.

5:36 Rund 70000 Kilometer pro Sekunde. Diese Rotation ist so schnell, dass sie an der Grenze dessen liegt, was physikalisch möglich ist. Würde der Pulsar noch schneller rotieren, würde die Zentrifugalkraft die Gravitationskraft überwinden und der Neutronenstern würde auseinandergerissen werden. Pulsare sind also nicht nur extrem schnell rotierende Objekte, sie bewegen sich auch am absoluten Limit der möglichen Rotationsgeschwindigkeit für einen kompakten Stern, doch selbst diese rasenden Pulsare werden von den Teilchen übertroffen, die durch das Universum rasen.

6:21 Beginnen wir mit den Sonnenwinden strömen geladener Teilchen, die kontinuierlich von der Sonne abgestrahlt werden. Diese Teilchen bewegen sich mit Geschwindigkeiten zwischen 308, 100 Kilometern pro Sekunde. Das klingt beeindruckend, ist aber im kosmischen Maßstab noch relativ langsam. Wesentlich schneller sind die Teilchen in kosmischen Jets, jenen gebündelten Materieströmen, die von supermassereichen schwarzen Löchern in aktiven Galaxienkernen ausgestoßen werden.

6:58 Die Teilchen in diesen Jets erreichen Geschwindigkeiten von mehr als 99% der Lichtgeschwindigkeit, bei solchen Geschwindigkeiten werden die relativistischen Effekte extrem ausgeprägt. Würdest du mit einem Raumschiff einem solchen Teilchen folgen, würdest du beobachten, wie die Zeit für das Teilchen im Vergleich zu deiner eigenen Zeit langsamer vergeht. Diese relativistischen Jets können sich über Millionen von Lichtjahren erstrecken, die Teilchen darin behalten ihre enorme Geschwindigkeit bei, weil das intergalaktische Medium so dünn ist, dass sie kaum gebremst werden. Ein Teilchen, das heute aus einem aktiven Galaxienkern geschleudert wird, könnte Millionen von Jahren mit nahezu Lichtgeschwindigkeit reisen,

7:47 bevor es schließlich abgebremst wird. Noch schneller sind die Teilchen in Supernova Explosionen, wenn ein massereicher Stern am Ende seines Lebens explodiert, werden die äußeren Schichten mit enormer Geschwindigkeit ins All geschleudert. Die schnellsten Fragmente können Geschwindigkeiten von 10000 bis 30000 Kilometern pro Sekunde erreichen. Das entspricht 3 bis 10% der Lichtgeschwindigkeit. Diese expandierenden Schalen aus Gas und Staub bilden die Supernova Überreste, die wir mit Teleskopen beobachten können, der Krebsnebel, der Überrest einer Supernova, die im Jahr 1054 beobachtet wurde, ist.

8:34 Expandiert mit etwa 1500 Kilometern pro Sekunde. Das Material wurde vor fast 1000 Jahren ausgestoßen und rast seitdem durch den Raum. In etwa 10000 Jahren wird der Nebel so weit expandiert und verdünnt sein, dass er mit dem umgebenden interstellaren Medium verschmilzt und in unsichtbar wird der. Doch selbst Supernova Fragmente werden von den kosmischen Strahlen übertroffen.

9:05 Hochenergetischen Teilchen, die das Universum durchqueren kosmische Strahlung besteht hauptsächlich aus Protonen, aber auch aus schwereren Atomkernen und Elektronen, die Energiereichsten dieser Teilchen bewegen sich mit 99,99999999999% der Lichtgeschwindigkeit. So nahe an der Lichtgeschwindigkeit, dass der Unterschied praktisch vernachlässigbar ist. Das Energiereichste jemals gemessene kosmische Strahlungsteilchen wurde am 15 Oktober 1991 vom Fließ Eye Cosmic Ray Detector in Utah entdeckt. Dieses einzelne Proton hatte eine Energie von etwa 3 * 10 hoch 20 Elektronenvolt, eine so gewaltige Energie. Dass es mit der kinetischen Energie eines geworfenen Baseballs vergleichbar war, obwohl es nur ein einziges subatomares Teilchen war, solche

10:06 ultrahochenergetischen kosmischen Strahlen werden Oh My God Partikel genannt. Nach der Reaktion der Wissenschaftler, die sie entdeckten. Woher kommen diese extrem energiereichen Teilchen? Das ist eine der großen ungeklärten Fragen der Astrophysik. Supernova Explosionen können kosmische Strahlung erzeugen, aber wahrscheinlich nicht mit den allerhöchsten Energien. Aktive Galaxienkerne, Gammastrahlenausbrüche oder noch unbekannte Prozesse im frühen Universum könnten verantwortlich sein, die Herkunft der Oh My God Partikel bleibt ein Mysterium. Diese ultrahochenergetischen Teilchen reisen praktisch mit Lichtgeschwindigkeit durch das Universum. Für ein solches Teilchen vergeht aufgrund der Zeitdilatation kaum Zeit, selbst wenn es Milliarden

11:03 Jahre durch das Universum reist, erlebt es aufgrund der relativistischen Effekte nur Sekunden oder Minuten vom Standpunkt des Teilchens aus, durchquert es das gesamte beobachtbare Universum in einem Augenblick. Lass uns nun zu den gammastrahlen Ausbrüchen übergehen, den energiereichsten Explosionen im Universum seit dem Urknall. Diese Ausbrüche dauern nur Sekunden bis Minuten, setzen aber in dieser kurzen Zeit mehr a Energie frei als die Sonne in ihrer gesamten Lebenszeit.

11:40 Die Gammastrahlen selbst bewegen sich natürlich mit Lichtgeschwindigkeit, aber das wirklich faszinierende sind die Teilchenstrahlen, die bei diesen Ereignissen entstehen. Wenn 2 Neutronensterne kollidieren oder wenn ein extrem massereicher Stern zu einem schwarzen Loch kollabiert, können gebündelte Jets entstehen, die fast direkt entlang der Rotationsachse ausgestoßen werden.

12:05 Die Teilchen in diesen Jets erreichen Lorenzfaktoren von 100 bis 1000. Der Lorenzfaktor beschreibt, wie stark relativistische Effekte sind. Ein Lorenzfaktor von 1000 bedeutet, dass das Teilchen sich so nahe an der Lichtgeschwindigkeit bewegt, dass es nur um ein paar Milliardstel langsamer ist. Bei solchen extremen Geschwindigkeiten passieren bizarre Dinge. Von unserem Bezugssystem aus beobachtet, würde ein solches Teilchen praktisch keine Zeit erfahren. Seine Masse würde tausendfach zunehmen, Längen in Bewegungsrichtung würden um den Faktor 1000 kontrahiert erscheinen, das Universum würde für das Teilchen völlig anders aussehen als für uns.

12:57 Ein faszinierendes Phänomen bei diesen ultrahochenergetischen Jets ist die sogenannte superluminale Bewegung, eine scheinbare Überlichtgeschwindigkeit, wenn ein Jet fast genau auf uns zugerichtet ist und sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegt, kann er uns scheinbar schneller erscheinen als das Licht.

13:20 Das liegt an einem geometrischen Effekt. Das Jet Material legt eine bestimmte Strecke zurück, während das Licht von seinem Startpunkt zu uns unterwegs ist. Wenn das Material fast so schnell ist wie das Licht selbst und auf uns zukommt, erreichen die Photonen von verschiedenen Zeitpunkten fast gleichzeitig bei uns, was zu der Illusion führt, das Material bewege sich schneller als Licht.

13:48 Dieses Phänomen wurde bei vielen Quasaren beobachtet. Der Jet scheint sich mit 2 bis zehnfacher Lichtgeschwindigkeit zu bewegen, aber das ist nur eine projektionsbedingte Täuschung. Dennoch zeigt es, wie extrem die tatsächlichen Geschwindigkeiten sein müssen, die Teilchen müssen sich mit mehr als 99% der Lichtgeschwindigkeit bewegen, um diesen Effekt zu erzeugen. Kommen wir zu den Gravitationswellen. Wellen in der Raumzeit selbst, die sich mit exakt Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, wenn 2 schwarze Löcher oder Neutronensterne einander umkreisen und schließlich verschmelzen, senden Sie Gravitationswellen aus, die sich wellenförmig durch das Universum ausbreiten. Diese Wellen wurden 2015

14:39 erstmals direkt vom Ligo Observatorium gemessen. 100 Jahre nachdem Einstein ihre Existenz vorhergesagt hatte. Interessant ist, dass Gravitationswellen sich mit genau derselben Geschwindigkeit ausbreiten wie elektromagnetische Wellen mit Lichtgeschwindigkeit. Das wurde 2017 spektakulär bestätigt, als Astronomen sowohl Gravitationswellen als auch Licht von der Kollision zweier Neutronensterne Detektierten. Die beiden Signale kamen praktisch gleichzeitig auf der Erde an, nachdem sie 130000000 Jahre durch das Universum gereist waren.

15:22 Diese Beobachtung bestätigte nicht nur einsteins Vorhersage, sondern zeigte auch, dass die Lichtgeschwindigkeit wirklich eine universelle Konstante ist. Nun zu einem der schnellsten Prozesse im Universum der Entstehung von schwarzen Löchern. Wenn der Kern eines massereichen Sterns kollabiert, geschieht dies mit atemberaubender Geschwindigkeit. Der Kern etwa von der Größe der Erde, kollabiert in weniger als einer Sekunde zu einem Objekt von nur wenigen Kilometern Durchmesser, die äußeren Schichten fallen mit etwa 70000 Kilometern pro Sekunde fast einem Viertel der Lichtgeschwindigkeit, nach innen. Wenn das Material den sich formenden Neutronenstern oder das entstehende Schwarze Loch

16:13 erreicht, prallt es ab und wird wieder nach außen geschleudert, wodurch die Supernova Explosion entsteht. Die dabei freigesetzte Energie ist so gewaltig, dass für einige Wochen ein einzelner stern heller leuchten kann als eine ganze Galaxie mit 100 Milliarden Sternen. Ein weiteres extrem schnelles Phänomen sind die Akkretionsscheiben um schwarze Löcher.

16:38 Material, das in ein schwarzes Loch fällt, bildet zunächst eine rotierende Scheibe. Je näher das Material dem Schwarzen Loch kommt, desto schneller muss es sich bewegen, um nicht sofort hineinzufallen direkt am Ereignishorizont der Grenze, jenseits derer nichts mehr entkommen kann, nicht einmal Licht. Bewegt sich das Material mit nahezu Lichtgeschwindigkeit für ein stellares schwarzes Loch mit etwa 10 Sonnenmassen, liegt der Ereignishorizont bei etwa 30 Kilometern Durchmesser. Material, das auf der innersten stabilen Kreisbahn um dieses schwarze Loch kreist, etwa beim dreifachen Schwarzschildradius, bewegt sich mit etwa der Hälfte der Lichtgeschwindigkeit. Das entspricht 150000 Kilometern

17:30 pro Sekunde. Bei dieser Geschwindigkeit umkreist das Material das schwarze Loch mehrere 100 Mal pro Sekunde, die schnellsten stabilen Rotationen finden wir um die supermassereichen schwarzen Löcher in den Zentren von Galaxien, das Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße Sagittarius A hat eine Masse von etwa 4000000 Sonnen.

17:56 Sterne in seiner unmittelbaren Nähe bewegen sich mit Geschwindigkeiten von bis zu 7000 Kilometern pro Sekunde. Das sind mehr als 2% der Lichtgeschwindigkeit. Diese Sterne umkreisen das schwarze Loch in elliptischen Bahnen und erreichen ihre höchsten Geschwindigkeiten, wenn sie ihm am nächsten kommen. Ein besonders bemerkenswerter Stern bezeichnet als s 2 oder s 02, hat eine Umlaufzeit von nur 16 Jahren um Sagittarius A Stern bei seiner größten Annäherung kommt er bis auf etwa 17 Lichtstunden an das schwarze Loch heran, etwa 4 mal die Entfernung von der Sonne zum Neptun. An diesem Punkt erreicht er eine Geschwindigkeit von etwa 7650 Kilometern pro Sekunde, was 2,55% der Lichtgeschwindigkeit entspricht.

18:54 Die Beobachtung dieses Sterns hat wertvolle Tests der allgemeinen Relativitätstheorie ermöglicht, kommen wir zu den Neutrinos. Geisterhaften Teilchen, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch das Universum rasen und dabei problemlos durch Planeten, Sterne und sogar durch uns hindurchfliegen, als wären wir gar nicht da.

19:16 Neutrinos haben eine winzige, aber nicht 0 Masse, und sie bewegen sich daher mit einer Geschwindigkeit, die extrem nahe, aber nicht ganz bei der Lichtgeschwindigkeit liegt, die. Wenn eine Supernova explodiert, werden etwa 99% der freigesetzten Energie in Form von Neutrinos abgestrahlt. Diese Neutrinos entkommen dem Kollabierenden stern Stunden bevor das Licht entkommt, weil sie praktisch nicht mit materiewechsel wirken. 1987 wurde die Supernova SN 1987 a in der großen Magellanschen Wolke beobachtet und Detektoren auf der Erde registrierten einen Ausbruch von Neutrinos etwa 3 Stunden vor dem sichtbaren Lichtausbruch.

20:10 Diese Neutrinos hatten 168000 Jahre benötigt, um von der großen Magellanschen Wolke zur Erde zu reisen. Und sie kamen nur wenige Stunden vor dem Licht an, was zeigt, wie nahe ihre Geschwindigkeit an der Lichtgeschwindigkeit liegt. Die Expansion des Universums selbst führt zu einer Art Geschwindigkeit, die alle anderen übertrifft, weit entfernte Galaxien entfernen sich von uns aufgrund der Expansion des Raums selbst. Je weiter sie entfernt sind, desto schneller scheinen sie sich zu entfernen.

20:46 Bei einer bestimmten Entfernung, etwa 4200, mega parsec oder rund 14 Milliarden Lichtjahre, erreicht diese Rezessionsgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit. Galaxien jenseits dieser Grenze, dem sogenannten Hubble Radius, entfernen sich schneller als Licht von uns. Das widerspricht nicht der speziellen Relativitätstheorie, weil sich die Galaxien nicht durch den Raum bewegen, sondern der Raum selbst expandiert. Es ist, als ob man Punkte auf einen Ballon malt und diesen dann aufbläst.

21:22 Die Punkte bewegen sich nicht auf der Oberfläche des Ballons, aber ihr Abstand zueinander wächst dennoch. Galaxien am Rand des beobachtbaren Universums entfernen sich mit einem Vielfachen der Lichtgeschwindigkeit von uns und ihr Licht wird uns niemals erreichen. Während wir nun langsam von diesen extremen Geschwindigkeiten zurückkehren.

21:47 Zur Ruhe können wir über die tiefere Bedeutung nachdenken das Universum ist ein Ort unvorstellbarer Extreme. Geschwindigkeiten, die unsere Alltagserfahrung bei weitem übersteigen. Energien, die jenseits unserer Vorstellungskraft liegen und doch gehorchen all diese Phänomene den Gesetzen der Physik, den Gleichungen, die Einstein und andere entwickelt haben.

22:16 Diese extremen Geschwindigkeiten, so erinnern uns auch an unsere eigene Position im Kosmos. Wir leben auf einem Planeten, der sich mit etwa 30 Kilometern pro Sekunde um die Sonne bewegt, schnell nach menschlichen Maßstäben aber langsam im kosmischen Vergleich. Unsere Sonne kreist mit etwa 220 Kilometern pro Sekunde um das Zentrum der Milchstraße, die Milchstraße selbst bewegt sich mit mehreren 100 Kilometern pro Sekunde durch den lokalen Galaxienhaufen. Wir sind also ständig in Bewegung, rasen durch das Universum, ohne es zu bemerken.

22:57 Aber im Vergleich zu den wirklich schnellen Objekten, den hyperschnellen Sternen, den relativistischen Jets, den kosmischen Strahlen bewegen wir uns gemächlich, und das ist gut so. Die extremen Geschwindigkeiten, Geschwindigkeiten im Universum sind meist mit extremen Ereignissen verbunden. Supernova, Explosionen, Schwarze Löcher, Kosmische Katastrophen, unsere Erde bewegt sich in einer ruhigen, stabilen Bahn um einen friedlichen Stern.

23:29 Diese Stabilität, diese Abwesenheit von Extremen hat Leben ermöglicht. Wir brauchen keine relativistischen Geschwindigkeiten, keine Gamma Strahlenausbrüche in unserer Nachbarschaft, keine Begegnungen mit schwarzen Löchern. Was wir brauchen, ist genau das, was wir haben, einen ruhigen Ort im Kosmos, wo die Geschwindigkeiten moderat, die Temperaturen gemäßigt, die Bedingungen stabil sind, die schnellsten Objekte im Universum zeigen uns die Grenzen der Physik, die Extreme dessen, was möglich ist. Aber sie zeigen uns auch, wie kostbar die ruhigen, langsamen Orte sind, wie unsere Erde, wo das Leben in seinem eigenen Tempo wachsen und sich entwickeln kann. Mögen wir diesen kostbaren, ruhigen Ort Schützen und bewahren, während das Universum

24:23 um uns herum mit unvorstellbaren Geschwindigkeiten durch die Ewigkeit rast. Gute Nacht und mögest du ruhig schlafen. Geborgen auf einem Planeten, der sanft durch den Kosmos gleitet.