Wie hell kann es im All werden? (2019)

Wie hell kann es eigentlich im Universum werden? Diese Frage ist nicht so leicht zu beantworten,

wie es scheint. Die Antworten fallen nämlich oft kryptisch aus – man hört von absoluten

und relativen Magnituden, vom sichtbaren Teil des EM-Spektrums, öfters fallen Begriffe

wie Supernova und Quasar. Was das alles bedeutet und wie hell es wirklich im Universum werden

kann, das beleuchten wir in diesem Video – Ich bin Ronny, willkommen bei Raumzeit.

Die Voraussetzung für Licht ist zunächst mal eine Lichtquelle. Eine Kerze zum Beispiel.

In der Regel breitet sich das Licht kugelförmig von der Lichtquelle aus. Tatsächlich handelt

es sich natürlich bei Licht um elektromagnetische Strahlung, deren Spektrum von den extrem langwelligen

Radiowellen bis hin zu den ultrakurzwelligen Gammastrahlen reicht.

Unsere Augen vermögen, einen bestimmten Bereich dieser Wellen zu empfangen. Elektromagnetische

Wellen mit Wellenlängen von 380 – 740 Nanometer kann unser Auge wahrnehmen – und zwar als Licht.

Aber zurück zum sichtbaren Teil. Je weiter wir von einer Lichtquelle entfernt sind, desto

schwächer scheint sie zu sein. Eine Glühbirne wenige Meter von mir etwa wirkt erheblich

heller als die gleiche Glühbirne aus einer Distanz von 100 Metern. Das liegt nicht etwa

daran, dass die Energie des Lichtes abnimmt. Wellenlänge und Energie bleiben gleich. Warum

dann der scheinbare Helligkeitsverlust? Die Antwort ist recht einfach. Da sich das

Licht kugelförmig ausdehnt, muss es mit größerer Distanz eine immer größere Sphäre beleuchten.

Das lässt sich etwas besser erklären, wenn wir das mit Photonen erklären. Nehmen wir

mal an, eine Kerzenflamme sendet 1 Millionen Photonen aus und steht einen Meter von mir

entfernt. Diese Million Photonen verteilt sich gleichmäßig auf eine Kugeloberfläche

mit 1 Meter Radius. Diese Oberfläche errechnen wir mit 4 mal Pi mal R zum Quadrat. Damit

treffen 1 Millionen Photonen auf etwa 12 Quadratmeter. Wenn wir uns nun einen Meter entfernen, dann

erhöht sich die Kugeloberfläche beträchtlich, nämlich auf 4 mal Pi mal 2 zum Quadrat, also

auf etwa 50 Quadratmeter. Die gleichen 1 Million Photonen verteilen sich nun auf eine 4 mal

größere Fläche. Daher nimmt die Leuchtkraft einer Lichtquelle mit dem Quadrat des Abstandes

ab – verdopple ich die Distanz, wirkt meine Lichtquelle ein Viertel so hell wie vorher.

Das macht es etwas schwierig, die Leuchtkraft von kosmischen Objekten anzugeben, wenn ich

mich auf meine Augen verlassen möchte. Die 8 Lichtminuten entfernte Sonne etwa gehört

zu den hellsten Lichtquellen, die wir auf der Erde kennen, sie ist allerdings weniger

leuchtstark als beispielsweise Sirius A, der 8 Lichtjahre von uns entfernt liegt. Daher

unterscheiden Astronomen zwischen der scheinbaren und der absoluten Helligkeit von Objekten

im Weltall, deren Einheit jeweils die Magnitude ist – in Kurzschreibweise mag.

Um das Ganze richtig kompliziert zu machen, bedeutet ein kleinerer Wert eine größere

Helligkeit zudem ist die Skala, auf der die Helligkeit angegeben wird, logarithmisch.

Ein Objekt, dass 5 Magnituden unter einem anderen liegt, ist 100 Mal so hell. Klasse.

Schauen wir uns mal ein Beispiel an – und bleiben wir zunächst bei der scheinbaren

Helligkeit. Der Planet Venus – das dritthellste Objekt im Nachthimmel, hat eine scheinbare

Helligkeit von – 4,7 mag. Der Vollmond – erheblich heller als die Venus – bringt es auf – 12,7

mag. Ein Unterschied von 8 Magnituden. Damit ist der Vollmond 1600 Mal so hell wie die

Venus – scheinbar. Was ist mit der Sonne? Die Sonne, die wir bitte nicht direkt betrachten,

hat eine scheinbare Helligkeit von -26,7. Vierzehn Magnituden unter dem Mond, 22 Magnituden

unter der Venus. Damit ist die Sonne 400.000 Mal so hell wie der Mond und 630 Millionen

Mal so hell wie die Venus. Die scheinbare Magnitude ist aber in der Astronomie

nicht sehr hilfreich. Um Objekte miteinander vergleichen zu können, greift man daher auf

die absolute Helligkeit zurück. Und diese definiert man als die Helligkeit eines Objektes

aus einer Distanz von 10 Parsec bzw. 32,6 Lichtjahren.

Jetzt lässt sich auch die Sonne besser mit anderen Sternen vergleichen. Die Sonne hat

eine absolute Helligkeit von etwa 4,8 mag. Sie wäre damit für Beobachter mit guten

Augen aus 33 Lichtjahren noch zu erkennen. Sirius, der hellste Stern am Nachthimmel hat

eine absolute Helligkeit von 1,5 und ist damit fast 20 Mal heller als die Sonne.

Wie hell aber sind die hellsten Sterne, die wir kennen? Der rote Riese Beteigeuze im Sternbild

Orion gehört dazu – seine absolute Helligkeit liegt bei üppigen -8. Der Hypergigant VY

Canis Majoris schafft es bereits auf -9,4 Mag. Die hellsten Sterne aber sind natürlich

Wolf-Rayet Sterne und den aktuellen Rekord als hellster Stern hält der Wolf Rayet Stern

R135-a1 in der großen Magellanschen Wolke mit beeindruckenden -12,5 mag absoluter Helligkeit.

Damit liegt er mehr als 17 Magnituden unter der Sonne und strahlt so fast 9 Millionen

Mal heller als die sie. Wars das? Natürlich nicht. Es geht noch viel

heller. Galaxien etwa kombinieren die Leuchtkraft ihrer Sterne. Auch wenn ich sie natürlich

nicht aus 10 Parsec beobachten kann, so kann ich ihre absolute Leuchtkraft dennoch berechnen.

Die Schwarze Auge Galaxie zum Beispiel, die wir mit bloßem Auge nicht sehen können,

hat eine absolute Leuchtkraft von -21,7, was mit unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße

vergleichbar ist. Und selbst Galaxien stellen nicht das Maximum

der Helligkeit dar. Bei weitem nicht. Supervovae überstrahlen regelmäßig die Galaxien, in

denen sie entstehen. Erst 2015 wurden wir Zeugen einer Hypernova, die unter dem Namen

ASASSN-15lh bekannt wurde. Dieses Ereignis erreichte eine absolute Helligkeit von -23,5

mag. Das ist 570 Milliarden Mal heller als die Sonne und unfassbare 50 Mal heller als

das Licht aller Sterne der Milchstraße zusammen. Und auch das reicht nicht aus. Die unangefochten

hellsten Objekte des Kosmos nämlich sind aktive galaktische Kerne, von denen vor allem

die Quasare vielen ein Begriff sind. Supermassive schwarze Löcher im Zentrum einer Galaxie

können derartig hell sein, dass sie im Teleskop wie ein Stern wirken – sie sind quasi-stellar,

sternengleich. Das erscheint zunächst paradox – schwarze Löcher sind schließlich das

ultimative Dunkle. Verschlingen sie aber aktiv Material, beispielsweise Gaswolken oder Sterne,

dann beschleunigen sie dieses Material auf bis zu 50% der Lichtgeschwindigkeit. Es ist

dieses aneinander reibende Material, welches das gleißende Licht von Quasaren erzeugt.

Der bisher leuchtstärkste Quasar und damit das hellste uns bekannte Objekt des Universums

ist 3C 454.3 mit einer Helligkeit von -31,7 Mag – 10.000 Mal heller als das Licht aller

Sterne unserer Galaxie. Wäre dieser Quasar 33 Lichtjahre von uns entfernt, wäre er am

Himmel 100 Mal heller scheinen als unsere Sonne. Wir wären außerdem alle tot.

Ich verzichte bewusst auf den im Januar oft genannten Quasar J043947.08 – die volle

Bezeichnung blenden wir hier ein. J043947.08+163415.7 Dieser Quasar wäre tatsächlich der weitaus

hellste, allerdings muss hier noch geklärt werden, inwieweit Gravitationslinseneffekte

die gemessene Helligkeit verfälschen. Spannend ist natürlich, wie es bereits Michael

auf Vsauce sagte, dass das hellste Licht des Universums seinen Ursprung im Dunkel der schwarzen

Löcher hat – diese Tatsache fügt sich aber, wie ich finde, nahtlos ein in die erhabene

Schönheit des Kosmos. Wenn ihr auch dieses Video etwas erleuchtend

fandet, freuen wir uns über euer Abo und ein Like. Wir grüßen außerdem wie immer

unsere Galaktischen Overlords Rico Wittke, Tobias Sternberg und Dimitar Jauch. Wie immer

sagen wir danke fürs Zuschauen und – in diesem Sinne – 42!