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Expandierendes Universum: Lichtwege in der Kosmologie. Raum-Zeit-Diagramme und Lichtbirne

Was sehen wir eigentlich von unserem Universum? Die endliche Lichtgeschwindigkeit und die Ausdehnung des Kosmos bewirken, dass wir zu jedem Zeitpunkt nur ausgewählte Lichtteilchen empfangen können. Wir überblicken insgesamt nur einen kleinen Ausschnitt des Universums, der eine eigenartige, zeitlich veränderliche Form hat. Welche Wege nimmt das Licht von kosmischen Objekten zu uns, und wie weit sind sie entfernt?
Galaxienzoo, Herkules, Welteninseln

An Weihnachten 2021 ist der Nachfolger des Weltraumteleskops Hubble, benannt nach James Webb, erfolgreich gestartet und hat im vergangenen Jahr die ersten Bilder an uns übermittelt. Schon jetzt ist klar, dass die neuen Messungen uns bei der Beantwortung einiger Fragen über unser Universum helfen können. Sie werden jedoch auch das ein oder andere Kopfkratzen hervorrufen. Zum einen, weil kosmologische Beobachtungen hin und wieder an sich für Verwirrung sorgen, zum anderen aber auch, weil sie unsere bisherigen Erkenntnisse tatsächlich in Frage stellen könnten: Noch nie zuvor war ein Teleskop in der Lage, kosmisch derart junge, aus heutiger Sicht alte, Galaxien zu beobachten. Aber warum alt? Müsste es nicht »weit entfernt« heißen? Tatsächlich geht in der Kosmologie beides eng miteinander einher. Warum und wie genau, werden wir etwas später besprechen.

Auf den Sensoren des James-Webb-Teleskops (JWST) kommen in jedem Moment unzählige Lichtteilchen (Photonen) an, deren Ursprungsrichtung wir über die Orientierung des Teleskops und die Position des entsprechend helleren Pixels in der Kamera feststellen können. Außerdem können wir über die Farbe der ankommenden Strahlung Auskunft erhalten, denn das JWST ist zusätzlich mit Instrumenten ausgestattet, die eintreffende Lichtstrahlen in ihre farblichen Bestandteile zerlegen können – in ein Spektrum.

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