La Edad del Universo y el Big Bang (Hipótesis del Big Bang)

Esta entrada de blog proviene de varios blogs en inglés,
por ejemplo, https://nineplanets.org/questions/how-old-is-the-universe/
http://spiff.rit.edu/classes/phys240/lectures/bb/bb.html
El artículo consta de dos secciones:
1ra sección en alemán (https://ibk-klima.blogspot.com/2022/01/die-zu-beobachtenden-grundlagen-des-big.html)
2da sección en Español (esta seccion)

General

Si uno pudiera calcular la edad de todas las personas que alguna vez han vivido en la tierra, ni siquiera se acercaría a la edad del universo. Uno de los temas más discutidos en astronomía es la edad del universo, y cada vez que nos acercamos a un número estimado surge un nuevo descubrimiento que lo supera.

Pero, ¿cuántos años tiene el universo? ¿O al menos en general? Muchos creen que la edad de nuestro universo es de 13.800 millones de años. Algunos creen que es aún más antiguo, mientras que otros piensan que es más joven.

Sin embargo, la mayoría de los astrónomos están de acuerdo en que nuestro universo tiene al menos 13.800 millones de años. Sin embargo, no espere que este número dure mucho, ya que todavía tenemos mucho más que aprender.

¿Cómo sabemos que el universo tiene 13.800 millones de años?

 
No lo sabemos, o al menos es solo un número pasajero. Los astrónomos calculan la edad del universo de varias maneras. Una de las formas más populares de calcular la edad de nuestro universo es encontrar las estrellas o galaxias más antiguas, tal vez incluso planetas.

Por ejemplo, el planeta más antiguo jamás descubierto es Matusalén, que tiene alrededor de 14.500 millones de años, u 800 millones de años. Esto es una paradoja ya que sería más antiguo que nuestro universo. Su estrella es claramente incluso más antigua que este planeta, ya que las estrellas se forman primero y los planetas después.

Una de las galaxias más antiguas jamás descubiertas es GN-z11, que se encuentra a 32 000 millones de años luz de distancia y se estima que tiene al menos 13 400 millones de años.

Se cree que se formó poco después del Big Bang. Los astrónomos calculan la edad del universo analizando las distancias y velocidades radiales de otras galaxias. También se tiene en cuenta el fondo cósmico de microondas, ya que es una reliquia de la radiación del Big Bang.

Todo se calcula en base a eventos rebobinados hasta el Big Bang. Sin embargo, una cosa es segura: nada es seguro acerca de nuestro universo. Sabrás a lo que me refiero si sigues leyendo.

¿Puede el universo tener más de 14 mil millones de años?

El universo bien podría tener más de 14 mil millones de años, y deberíamos dejar de limitarlo cada vez que se descubre algo nuevo. Tome la Gran Muralla de Hércules-Corona Borealis, por ejemplo.

Esta es una de las estructuras más grandes descubiertas en nuestro universo. Tiene más de 10 mil millones de años luz de longitud y está a más de 9 mil millones de años luz de nosotros.

El universo observable tiene 93 mil millones de años luz de diámetro. La existencia de la Gran Muralla de Hércules-Corona Borealis, su tamaño, es bastante controvertida. 

Esto se debe a que es demasiado grande para haberse formado en el momento en que su luz nos alcanzó, y un día bien puede haber evidencia de que el universo es incluso más antiguo de lo que pensamos.

Esta gran estructura seguirá siendo un misterio para los científicos durante mucho tiempo. Algunos incluso dudan de su existencia debido a su naturaleza paradójica.

Pero incluso si descartamos la existencia de la Gran Muralla, muchos científicos están de acuerdo en que nuestro universo no debería tener más de 14.500 millones de años. Este es el límite de la edad del universo, pero aún está por verse.

¿Qué es más antiguo que el universo?

En teoría, la estrella HD 140283 o Matusalén parece más antigua que nuestro universo, pero eso sería imposible. Es un error de cálculo o un error en la edad estimada de nuestro universo.

No importa cómo lo mires, nada debería ser más antiguo que nuestro universo, excepto tal vez algo que sucedió antes del Big Bang. No sabemos exactamente qué fue antes del Big Bang, pero sea lo que sea, al menos en teoría podríamos pensar que era un poco más antiguo que nuestro universo.

El Big Bang, el evento que creó nuestro universo, fue desencadenado por la existencia de una singularidad inicial que, en sí misma, podría considerarse más antigua que nuestro universo.

Otra cosa que podría ser más antigua que nuestro universo sería la existencia de otro universo. Si alguna vez descubrimos que existen otros universos fuera del nuestro, podría ser más joven o más viejo que nuestro universo.

Esto se debe a que es demasiado grande para formarse en el momento en que su luz nos alcanzó, y un día bien puede haber evidencia de que el universo es incluso más antiguo de lo que pensamos.

Esta gran estructura seguirá siendo un misterio para los científicos durante mucho tiempo. Algunos incluso dudan de su existencia debido a su naturaleza paradójica.

Pero incluso si descartamos la existencia de la Gran Muralla, muchos científicos están de acuerdo en que nuestro universo no debería tener más de 14.500 millones de años. Este es el límite de la edad del universo, pero aún está por verso.

Pregunta secundaria: ¿Qué edad tiene la tierra en comparación con el universo?

Nuestra tierra ni siquiera es el planeta más antiguo de nuestro sistema solar, ese sería Júpiter. La edad de la tierra se estima en 4540 millones de años, por lo que el universo en sí tiene en promedio unas tres veces la edad de nuestra tierra, pero solo si el universo tiene en realidad 13800 millones de años.

Nuestra galaxia, la Vía Láctea, podría ser una mejor comparación ya que tiene 13.510 millones de años. Se estima que uno de los agujeros negros más antiguos jamás descubiertos tiene 13.800 millones de años. Se originó alrededor de 690 millones de años después del Big Bang.

Bases observadas

Las siguientes observaciones o mediciones de propiedades astronómicas sugieren un origen puntual del universo observado (modelo del big bang):

1. Cuanto más lejos está una galaxia de nosotros, más rápido se mueve (medido por el corrimiento al rojo de las líneas espectrales

2. Una observación química: el universo en su totalidad se compone principalmente de átomos de H y He, todos los demás elementos son insignificantemente pequeños. Los átomos de H son mayoritarios...

3. El fondo cósmico de microondas: No importa dónde miremos en el universo, vemos ondas de radio que se parecen a las emitidas por un cuerpo negro a unos 2,7 grados sobre el cero absoluto. Hay variaciones minúsculas (parte en 10.000) en el brillo de esta radiación en una escala de un grado.

Fundamentos del modelo del big bang

El Big Bang se basa en tres principios fundamentales:

1. El universo solía estar muy caliente
2. El universo solía ser muy denso
3. el universo se expande (por eso ya no es tan caliente ni tan denso)

Debes saber que este modelo básico del Big Bang no dice NADA sobre las siguientes preguntas:

•      Se colapsará el universo de nuevo o se expandirá para siempre?
•      La habitación es curva o plana?
•      cuantos años tiene el universo
•      Cuál es la densidad de la materia en el universo?
•      Qué pasa con la materia oscura?
•      Existe una misteriosa fuerza "repulsiva" a gran escala?
•      Cómo surgieron las galaxias?

El universo se está expandiendo, o viceversa: hace unos 13.770 millones de años tenía casi forma de punto (https://en.wikipedia.org/wiki/Chronology_of_the_universe).
Nuestra comprensión de las leyes de la naturaleza nos permite rastrear el estado físico del universo hasta un punto en el que la densidad y la temperatura eran REALMENTE altas. Además, no sabemos exactamente cómo se comportan la materia y la radiación. Llamemos a este momento el punto de partida. No significa que el universo "comenzó" en ese momento, solo significa que no sabemos qué sucedió antes de ese momento.

Nucleosíntesis del Big Bang

Uno de los mayores éxitos de la teoría del Big Bang es su explicación de la composición química del universo. Recuerda que el universo se compone principalmente de hidrógeno y helio, con cantidades muy pequeñas de elementos pesados. ¿Qué tiene esto que ver con el Big Bang?

Bueno, hace mucho tiempo el universo era caliente y denso. Cuando la temperatura es lo suficientemente alta (unos pocos miles de grados), los átomos pierden todos sus electrones; llamamos a este estado de la materia, una mezcla de núcleos y electrones, un plasma completamente ionizado. Si la temperatura es aún más alta (millones de grados), entonces los núcleos se desintegran en partículas elementales y se obtiene una "sopa" de partículas elementales:

•      protones
•      neutrones
•      electrones

Cuando la "sopa" es muy densa, estas partículas suelen chocar entre sí. Ocasionalmente, grupos de protones y neutrones se unen para formar núcleos más fácilmente elementos... pero bajo presiones y temperaturas extremadamente altas, los núcleos se rompen por colisiones posteriores. La teoría del Big Bang postula que el universo entero alguna vez estuvo tan caliente que estaba lleno de esta sopa de protones, neutrones y electrones.

Pero la teoría del Big Bang dice que a medida que el universo se expandía, tanto la densidad como la temperatura disminuían. A medida que la temperatura y la densidad disminuyeron, las colisiones entre partículas se volvieron menos violentas e infrecuentes. Hubo una breve "ventana de oportunidad" en la que los protones y los neutrones podrían chocar lo suficientemente fuerte como para unirse y formar núcleos ligeros, pero no sufrir tantas colisiones consecutivas como para destruir los núcleos. Esta "ventana" apareció unos tres minutos después del punto de inicio y tomó un poco menos de un minuto.

¿Qué núcleos se formarían en estas condiciones? Los experimentos con aceleradores de partículas nos han demostrado que la mayoría de los núcleos posibles son inestables (unstable), es decir, se abren solos, o son frágiles (fragile), lo que significa que se rompen fácilmente en colisiones. 

El helio (la variedad común de 2 protones y 2 neutrones) es, con mucho, el núcleo compuesto más estable y robusto. El deuterio (un protón y un neutrón) se destruye fácilmente, al igual que el helio-3 (2 protones, un neutrón).

Entonces parece que esta fase de plasma caliente y denso generaría mucho helio. ¿Podría producir también otros elementos más pesados?

Resulta que ninguno de los núcleos más pesados, formados fácilmente por la colisión de partículas individuales con núcleos de helio o núcleos de helio, es estable o robusto. Es probable que casi todos los núcleos más pesados ​​que el helio sean destruidos por colisiones posteriores. El único núcleo más pesado que podría sobrevivir es el litio-7 (3 protones y 4 neutrones), pero requiere un núcleo de helio para colisionar con otras 2 o 3 partículas al mismo tiempo, lo cual no es muy probable.
 
Los modelos detallados de la nucleosíntesis del Big Bang predicen que la breve "ventana de oportunidad" duró solo uno o dos minutos. Después de eso, unos tres minutos y medio después del punto de partida, la temperatura y la densidad cayeron tan bruscamente que las colisiones entre partículas fueron raras y de tan baja energía que las fuerzas eléctricas de repulsión entre los núcleos cargados positivamente impidieron la fusión. El resultado es

•     mucho hidrogeno
•     algo de helio (helio-4 normal)
•     pequeños trozos de deuterio
•     pedacitos de litio

de lo contrario no mucho.

Las cantidades relativas de hidrógeno, helio, deuterio y litio dependen muy sensiblemente de la densidad exacta de la materia en el universo durante esta ventana de oportunidad.

Hablaremos de esto más tarde.

El fondo cósmico de microondas

Durante los primeros minutos después del punto de partida, el universo estaba lo suficientemente caliente como para fusionar partículas en núcleos de helio. El resultado fue una proporción de aproximadamente 12 núcleos de hidrógeno por 1 núcleo de helio; esto corresponde a la afirmación de que las tres cuartas partes de la masa del universo eran núcleos de hidrógeno y una cuarta parte de la masa eran núcleos de helio.

Pero estos núcleos estaban completamente ionizados: carecían de la colección normal de electrones que los rodeaba. Los electrones podrían volar de forma independiente a través del espacio. Los electrones libres son muy eficientes en la dispersión de fotones. Cualquier rayo de luz, ondas de radio o rayos X en este plasma ionizado se dispersaron antes de que pudieran viajar lejos. El universo era opaco.

Después de algunos miles de años, mientras el universo continuaba expandiéndose y enfriándose, la temperatura alcanzó un punto crítico. Unos 100.000 años después del punto de partida, la temperatura descendió a unos 3.000 Kelvin.

En este momento, los núcleos de hidrógeno (protones) pudieron atrapar electrones y evitar colisiones. Llamamos a este proceso de captura de electrones recombinación (aunque en realidad fue la primera "combinación", no una re-"combinación").

El universo se volvió en gran parte neutral, con electrones unidos a átomos de hidrógeno y helio. Los átomos neutros son casi transparentes a los rayos de luz y las ondas de radio. De repente, el universo se volvió transparente.

Das Alter des Universums und der Big Bang (Urknall Hypothese)

Dieser Blogeintrag stammt aus mehreren englischsprachigen Blogs, z.B. https://nineplanets.org/questions/how-old-is-the-universe/

http://spiff.rit.edu/classes/phys240/lectures/bb/bb.html

Der Artikel besteht aus zwei Abschnitten:
1. Abschnitt in Deutsch

2. Abschnitt in Español

Allgemeines

Wenn man das Alter aller Menschen, die jemals auf der Erde gelebt haben, berechnen könnte, würde es nicht einmal annähernd das Alter des Universums erreichen. Eines der am meisten diskutierten Themen in der Astronomie ist das Alter des Universums, und jedes Mal, wenn wir uns einer geschätzten Zahl nähern, kommt eine neue Entdeckung heraus und bläst diese weg.

Aber wie alt ist das Universum? Oder zumindest allgemein? Viele meinen, dass das Alter unseres Universums 13,8 Milliarden Jahre beträgt. Einige glauben, dass es noch älter ist, während andere es für jünger halten.

Die meisten Astronomen sind sich jedoch einig, dass unser Universum mindestens 13,8 Milliarden Jahre alt ist. Erwarten Sie jedoch nicht, dass diese Zahl lange anhält, da wir noch viel mehr zu lernen haben.

Woher wissen wir, dass das Universum 13,8 Milliarden Jahre alt ist?
 

Wir wissen es nicht, oder zumindest ist dies nur eine vorübergehende Zahl. Astronomen berechnen das Alter des Universums auf verschiedene Weise. Eine der beliebtesten Methoden, das Alter unseres Universums zu berechnen, besteht darin, die ältesten Sterne oder Galaxien, vielleicht sogar Planeten, zu finden.

Der älteste jemals entdeckte Planet ist beispielsweise Methusalem, der etwa 14,5 Milliarden Jahre alt ist, oder 800 Millionen Jahre. Dies ist ein Paradox, da es älter wäre als unser Universum. Sein Stern ist eindeutig noch älter als dieser Planet, da zuerst Sterne und später Planeten entstehen.

Eine der ältesten jemals entdeckten Galaxien ist GN-z11, die 32 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt ist und auf ein Alter von mindestens 13,4 Milliarden Jahren geschätzt wird. 

Es wird vermutet, dass sie sich kurz nach dem Urknall gebildet hat. Astronomen berechnen das Alter des Universums, indem sie die Entfernungen und Radialgeschwindigkeiten anderer Galaxien analysieren. Dabei wird auch der kosmische Mikrowellenhintergrund berücksichtigt, da er ein Relikt der Strahlung des Urknalls ist.

Alles wird basierend auf dem Zurückspulen von Ereignissen bis zum Urknall berechnet. Eines ist jedoch sicher: über unser Universum ist nichts sicher. Sie werden wissen, was ich meine, wenn Sie weiterlesen.

Kann das Universum älter als 14 Milliarden Jahre sein?

Das Universum könnte durchaus älter als 14 Milliarden Jahre sein, und wir sollten aufhören, ihm jedes Mal Grenzen zu setzen, wenn etwas Neues entdeckt wird. Nehmen Sie zum Beispiel die Große Mauer von Hercules-Corona Borealis.

Dies ist eine der größten in unserem Universum entdeckten Strukturen. Es hat eine Länge von über 10 Milliarden Lichtjahren und befindet sich weit über 9 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt.

Das beobachtbare Universum hat einen Durchmesser von 93 Milliarden Lichtjahren. Die Existenz der Großen Mauer von Hercules-Corona Borealis, ihre Größe, ist ziemlich umstritten.

Dies liegt daran, dass es zu groß ist, um sich in der Zeit, in der sein Licht uns erreicht hat, gebildet zu haben, und es könnte eines Tages durchaus noch ein Beweis auftreten, dass das Universum noch älter ist, als wir denken.

Diese große Struktur wird Wissenschaftlern für längere Zeit ein Rätsel bleiben. Einige bezweifeln sogar seine Existenz aufgrund seiner paradoxen Natur.

Aber selbst wenn wir die Existenz der Großen Mauer ausschließen, sind sich viele Wissenschaftler einig, dass unser Universum maximal 14,5 Milliarden Jahre alt sein sollte. Dies ist die Grenze für das Alter des Universums, aber es bleibt abzuwarten.

Was ist älter als das Universum?

Theoretisch scheint der Stern HD 140283 oder der Methusalem-Stern älter zu sein als unser Universum, aber das wäre unmöglich. Es ist entweder ein Rechenfehler oder ein Fehler des geschätzten Alters unseres Universums.

Egal wie man es betrachtet, nichts sollte älter sein als unser Universum, außer vielleicht etwas, das vor dem Urknall geschah. Wir wissen nicht genau, was vor dem Urknall war, aber was auch immer es war, wir könnten es zumindest theoretisch für etwas älter halten als unser Universum.

Der Urknall, das Ereignis, das unser Universum erschuf, wurde durch die Existenz einer anfänglichen Singularität ausgelöst, die an sich als älter als unser Universum angesehen werden könnte.

Eine andere Sache, die älter sein könnte als unser Universum, wäre die Existenz eines anderen Universums. Wenn wir jemals herausfinden, dass andere Universen außerhalb unseres eigenen existieren, könnten sie oder es jünger oder älter sein als unser Universum.

Nebenfrage: Wie alt ist die Erde im Vergleich zum Universum?

Unsere Erde ist nicht einmal der älteste Planet unseres Sonnensystems, das wäre Jupiter. Das Alter der Erde wird auf 4,54 Milliarden Jahre geschätzt, das Universum selbst ist also im Durchschnitt etwa dreimal so alt wie unsere Erde, aber nur, wenn das Universum tatsächlich 13,8 Milliarden Jahre alt ist.

Unsere Galaxie, die Milchstraße, könnte ein besserer Vergleich sein, da sie 13,51 Milliarden Jahre alt ist. Eines der ältesten jemals entdeckten Schwarzen Löcher wird auf 13,8 Milliarden Jahre geschätzt. Es entstand etwa 690 Millionen Jahre nach dem Urknall.

Beobachtete Grundlagen

Folgende Beobachtungen bzw. Messungen von astronomischen Eigenschaften lassen auf einen punktförmigen Ursprung des zu beobachteten Universums schließen (Urknallmodell):

1. Je weiter eine Galaxie von uns entfernt ist, umso schneller bewegt sie sich (gemessen an der Rotverschiebung der Spektrallinien

2. Eine chemische Beobachtung: Das Universum besteht in seiner Gesamtheit hauptsächlich aus H und He Atomen, alle anderen Elemente sind verschwindend gering vorhanden. Die H Atome sind in der Überzahl...

3. Der kosmische Mikrowellenhintergrund: Egal, wohin wir im Universum schauen, wir sehen Radiowellen, die aussehen wie die, die von einem schwarzen Körper bei etwa 2,7 Grad über dem absoluten Nullpunkt abgestrahlt werden. Es gibt winzige (ein Teil von 10.000) Variationen in der Helligkeit dieser Strahlung auf einer Skala von einem Grad.

Grundlagen des Urknallmodells 

Der Urknall basiert auf drei Hauptgrundsätzen: 

1. Das Universum war früher sehr heiß
2. Das Universum war früher sehr dicht
3. das Universum dehnt sich aus (deshalb ist es nicht mehr so heiß oder dicht)

Dazu sollte man wissen, dass dieses grundlegende Urknallmodell zu den folgenden Fragen NICHTS sagt:

• Wird das Universum wieder zusammenbrechen oder sich für immer ausdehnen?
• Ist der Raum gekrümmt oder flach?
• Wie alt ist das Universum?
• Wie hoch ist die Materiedichte im Universum?
• Was ist mit dunkler Materie?
• Gibt es eine mysteriöse "abstoßende" Kraft auf großen Skalen?
• Wie sind Galaxien entstanden? 

Das Universum dehnt sich aus - oder umgekehrt: vor ca. 13,77 Milliarden Jahren war es nahezu punktförmig (https://en.wikipedia.org/wiki/Chronology_of_the_universe).

Unser Verständnis der Naturgesetze erlaubt es uns, den physikalischen Zustand des Universums bis zu einem bestimmten Punkt zurückzuverfolgen, als die Dichte und Temperatur WIRKLICH hoch waren. Darüber hinaus wissen wir nicht genau, wie sich Materie und Strahlung verhalten. Nennen wir diesen Moment den Ausgangspunkt. Es bedeutet nicht, dass das Universum zu dieser Zeit "begann", es bedeutet nur, dass wir nicht wissen, was vor diesem Zeitpunkt passiert ist.

Urknall-Nukleosynthese

Einer der wichtigsten Erfolge der Urknalltheorie ist ihre Erklärung der chemischen Zusammensetzung des Universums. Denken Sie daran, dass das Universum hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium besteht, mit sehr kleinen Mengen schwerer Elemente. Was hat das mit dem Urknall zu tun?

Nun, vor langer Zeit war das Universum heiß und dicht. Wenn die Temperatur hoch genug ist (einige tausend Grad), verlieren Atome alle ihre Elektronen; wir nennen diesen Aggregatzustand, eine Mischung aus Kernen und Elektronen, ein vollständig ionisiertes Plasma. Ist die Temperatur noch höher (Millionen Grad), dann zerfallen die Kerne in Elementarteilchen, und man erhält eine "Suppe" aus Elementarteilchen:

• Protonen
• Neutronen
• Elektronen

Wenn die "Suppe" nun sehr dicht ist, kollidieren diese Partikel häufig miteinander. Gelegentlich kleben Gruppen von Protonen und Neutronen zusammen, um Kerne leichter Elemente zu bilden ... aber unter extrem hohem Druck und extremer Temperatur werden die Kerne durch nachfolgende Kollisionen aufgebrochen. Die Urknalltheorie postuliert, dass das gesamte Universum einmal so heiß war, dass es mit dieser Proton-Neutron-Elektronen-Suppe gefüllt war.

Aber die Urknalltheorie besagt dann, dass mit der Expansion des Universums sowohl die Dichte als auch die Temperatur abnahmen. Mit abnehmender Temperatur und Dichte wurden die Kollisionen zwischen den Teilchen weniger heftig und seltener. Es gab ein kurzes "Fenster der Gelegenheit (window of opportunity)", in dem Protonen und Neutronen hart genug kollidieren konnten, um zusammenzukleben und leichte Kerne zu bilden, aber nicht so viele aufeinander folgende Kollisionen erleiden, dass die Kerne zerstört würden. Dieses "Fenster" erschien etwa drei Minuten nach dem Startpunkt und dauerte etwas weniger als eine Minute.

Welche Kerne würden sich unter diesen Bedingungen bilden? Experimente mit Teilchenbeschleunigern haben uns gezeigt, dass die meisten der möglichen Kerne instabil (unstable) sind, das heißt, sie brechen von selbst auf, oder sie sind zerbrechlich (fragile), was bedeutet, dass sie bei Kollisionen leicht zerbrochen werden.

Helium (die gewöhnliche Sorte mit 2 Protonen und 2 Neutronen) ist bei weitem der stabilste und robusteste zusammengesetzte Kern. Deuterium (ein Proton und ein Neutron) wird leicht zerstört, ebenso Helium-3 (2 Protonen, ein Neutron).

Es scheint also, dass diese Phase des heißen, dichten Plasmas viel Helium erzeugen würde. Könnte es auch andere, schwerere Elemente erzeugen?

 

 

 

 

 

Es stellt sich heraus, dass keiner der schwereren Kerne, die leicht durch Zusammenstöße einzelner Teilchen mit Heliumkernen oder Heliumkernen miteinander hergestellt werden, stabil oder robust ist. Fast alle Kerne, die schwerer als Helium sind, werden wahrscheinlich durch nachfolgende Kollisionen zerstört. Der einzige schwerere Kern, der möglicherweise überleben könnte, ist Lithium-7 (3 Protonen und 4 Neutronen), aber es erfordert die gleichzeitige Kollision eines Heliumkerns mit 2 oder 3 anderen Teilchen, was nicht sehr wahrscheinlich ist.

 

Detaillierte Modelle der Urknall-Nukleosynthese sagen voraus, dass das kurze "Fenster der Gelegenheit" nur ein oder zwei Minuten dauerte. Danach, etwa dreieinhalb Minuten nach dem Startpunkt, sanken Temperatur und Dichte so stark, dass Kollisionen zwischen Teilchen selten und von so geringer Energie waren, dass die elektrischen Abstoßungskräfte zwischen positiv geladenen Kernen die Fusion verhinderten. Das Ergebnis ist 

• viel Wasserstoff 
• etwas Helium (normales Helium-4)
• kleine Deuteriumstücke
• kleine Stückchen Lithium

sonst nicht viel.

Die relativen Mengen an Wasserstoff, Helium, Deuterium und Lithium hängen während dieses Gelegenheitsfensters sehr empfindlich von der genauen Dichte der Materie im Universum ab. Wir werden dies später besprechen.

 

Der kosmische Mikrowellenhintergrund

 

Während der ersten Minuten nach dem Startpunkt war das Universum also heiß genug, um Teilchen zu Heliumkernen zu verschmelzen. Das Ergebnis war ein Verhältnis von etwa 12 Wasserstoffkernen zu 1 Heliumkern; das entspricht der Aussage, dass drei Viertel der Masse des Universums Wasserstoffkerne und ein Viertel der Masse Heliumkerne waren.

Aber diese Kerne waren vollständig ionisiert: Ihnen fehlte die normale Ansammlung von Elektronen, die sie umgaben. Die Elektronen konnten selbstständig durch den Weltraum fliegen. Freie Elektronen sind sehr effizient bei der Streuung von Photonen. Alle Lichtstrahlen oder Radiowellen oder Röntgenstrahlen in diesem ionisierten Plasma wurden gestreut, bevor sie weit reisen konnten. Das Universum war undurchsichtig.

 

 

 

Nach einigen tausend Jahren, als sich das Universum weiter ausdehnte und abkühlte, erreichte die Temperatur einen kritischen Punkt. Ungefähr 100.000 Jahre nach dem Startpunkt fiel die Temperatur auf etwa 3.000 Kelvin.

Zu diesem Zeitpunkt waren Wasserstoffkerne (Protonen) in der Lage, Elektronen einzufangen und gegen Kollisionen zu halten. Wir nennen diesen Vorgang des Einfangens von Elektronen Rekombination (obwohl es wirklich die erste "Kombination" war, keine Re-"Kombination").

Das Universum wurde weitgehend neutral, mit Elektronen, die an Wasserstoff- und Heliumatome gebunden waren. Neutrale Atome sind für Lichtstrahlen und Radiowellen nahezu transparent. Plötzlich wurde das Universum transparent.