Wenn Sie jemals von Zeitreisen geträumt haben, schauen Sie einfach in den Nachthimmel. Die Schimmer, die Sie sehen, sind wirklich Momentaufnahmen der fernen Vergangenheit. Das liegt daran, dass diese Sterne, Planeten und Galaxien so weit entfernt sind, dass das Licht selbst der nächsten Zehntausende von Jahren brauchen kann, um die Erde zu erreichen.
Das Universum ist zweifellos ein großer Ort. Aber wie groß ist es?
"Das ist vielleicht etwas, was wir eigentlich nie wissen", sagte Sarah Gallagher, Astrophysikerin an der Western University in Ontario, Kanada, gegenüber Live Science. Die Größe des Universums ist eine der grundlegenden Fragen der Astrophysik. Es könnte auch unmöglich sein zu antworten. Das hindert die Wissenschaftler jedoch nicht daran, es zu versuchen.
Je näher ein Objekt im Universum ist, desto einfacher ist seine Entfernung zu messen, sagte Gallagher. Die Sonne? Stück Kuchen. Der Mond? Sogar einfacher. Alles, was Wissenschaftler tun müssen, ist, einen Lichtstrahl nach oben zu richten und die Zeit zu messen, die dieser Strahl benötigt, um von der Mondoberfläche auf die Erde zurückzuspringen.
Aber die entferntesten Objekte in unserer Galaxie sind schwieriger, sagte Gallagher. Schließlich würde ein sehr starker Lichtstrahl erforderlich sein, um sie zu erreichen. Und selbst wenn wir die technologischen Fähigkeiten hätten, ein Licht so weit zu scheinen, wer hat dann Tausende von Jahren Zeit, um darauf zu warten, dass der Strahl von den entfernten Exoplaneten des Universums abprallt und zu uns zurückkehrt?
Wissenschaftler haben ein paar Tricks im Ärmel, um mit den am weitesten entfernten Objekten im Universum umzugehen. Sterne ändern ihre Farbe mit zunehmendem Alter. Anhand dieser Farbe können Wissenschaftler abschätzen, wie viel Energie und Licht diese Sterne abgeben. Zwei Sterne mit der gleichen Energie und Helligkeit werden von der Erde aus nicht gleich erscheinen, wenn einer dieser Sterne viel weiter entfernt ist. Der weiter entfernte erscheint natürlich dunkler. Wissenschaftler können die tatsächliche Helligkeit eines Sterns mit dem vergleichen, was wir von der Erde aus sehen, und diesen Unterschied verwenden, um zu berechnen, wie weit der Stern entfernt ist, sagte Gallagher.
Aber was ist mit dem absoluten Rand des Universums? Wie berechnen Wissenschaftler Entfernungen zu so weit entfernten Objekten? Dort wird es richtig schwierig.
Denken Sie daran: Je weiter ein Objekt von der Erde entfernt ist, desto länger dauert es, bis das Licht dieses Objekts uns erreicht. Stellen Sie sich vor, einige dieser Objekte sind so weit entfernt, dass ihr Licht Millionen oder sogar Milliarden von Jahren gebraucht hat, um uns zu erreichen. Stellen Sie sich nun vor, dass das Licht einiger Objekte so lange braucht, um diese Reise zu machen, dass es in all den Milliarden Jahren des Universums immer noch nicht die Erde erreicht hat. Das ist genau das Problem, mit dem Astronomen konfrontiert sind, sagte Will Kinney, Physiker an der State University von New York in Buffalo, gegenüber Live Science.
"Wir können nur eine winzige, kleine Blase sehen. Und was ist dahinter? Wir wissen es nicht wirklich", sagte Kinney.
Durch die Berechnung der Größe dieser kleinen Blase können Wissenschaftler jedoch abschätzen, was sich außerhalb der Blase befindet.
Wissenschaftler wissen, dass das Universum 13,8 Milliarden Jahre alt ist, geben oder nehmen Sie einige hundert Millionen Jahre. Das bedeutet, dass ein Objekt, dessen Licht 13,8 Milliarden Jahre gebraucht hat, um uns zu erreichen, das am weitesten entfernte Objekt sein sollte, das wir sehen können. Sie könnten versucht sein zu glauben, dass dies eine einfache Antwort für die Größe des Universums gibt: 13,8 Milliarden Lichtjahre. Denken Sie jedoch daran, dass sich das Universum auch mit zunehmender Geschwindigkeit kontinuierlich ausdehnt. In der Zeit, die das Licht benötigt hat, um uns zu erreichen, hat sich der Rand der Blase bewegt. Glücklicherweise wissen Wissenschaftler, wie weit es bewegt ist: 46,5 Milliarden Lichtjahre entfernt, basierend auf Berechnungen der Expansion des Universums seit dem Urknall.
Einige Wissenschaftler haben diese Zahl verwendet, um zu berechnen, was jenseits der Grenze dessen liegt, was wir sehen können. Basierend auf der Annahme, dass das Universum eine gekrümmte Form hat, können Astronomen die Muster betrachten, die wir im beobachtbaren Universum sehen, und Modelle verwenden, um abzuschätzen, wie weit sich der Rest des Universums erstreckt. Eine Studie ergab, dass das tatsächliche Universum mindestens 250-mal so groß sein könnte wie die 46,5 Milliarden Lichtjahre, die wir tatsächlich sehen können.
Aber Kinney hat andere Ideen: "Es gibt keine Beweise dafür, dass das Universum endlich ist", sagte er, "es könnte sehr gut für immer weitergehen."
Es gibt kein sicheres Wort darüber, ob das Universum endlich oder unendlich ist, aber Wissenschaftler sind sich einig, dass es "wirklich verdammt groß" ist, sagte Gallagher. Leider ist der kleine Teil, den wir jetzt sehen können, der größte, den wir jemals beobachten können. Da sich das Universum mit zunehmender Geschwindigkeit ausdehnt, bewegen sich die Außenkanten unseres beobachtbaren Universums tatsächlich schneller nach außen als die Lichtgeschwindigkeit. Das bedeutet, dass sich die Ränder unseres Universums schneller von uns entfernen, als ihr Licht uns erreichen kann. Allmählich verschwinden diese Ränder (und alle Restaurants dort, wie der britische Autor Douglas Adams einmal schrieb) aus dem Blickfeld.
Die Größe des Universums und die Menge, die wir nicht sehen können - das ist demütig, sagte Gallagher. Das hindert sie und andere Wissenschaftler jedoch nicht daran, weiterhin nach Antworten zu suchen.
"Vielleicht können wir es nicht herausfinden. Es könnte als frustrierend angesehen werden", sagte Gallagher. "Aber es macht es auch wirklich aufregend."
