Warum können Milliarden von Sternen nicht das gesamte Universum erleuchten?

Dieses alte Problem wird Olbers-Paradoxon genannt. Bildnachweis: Graham Holtshausen auf Unsplash

Das Universum ist voller Sterne, aber warum ist der Himmel immer noch dunkel? Dieses Problem beschäftigt die Menschheit schon seit langer Zeit und hat auch einen besonderen Namen: Olbers-Paradoxon.

Astronomen schätzen, dass es im beobachtbaren Universum etwa 200 Billionen Billionen (2×10^23) Sterne gibt, von denen viele so hell wie unsere Sonne oder sogar heller sind. Warum ist der Weltraum also nicht mit gleißendem Sternenlicht erfüllt?

Sie könnten vermuten, dass dies daran liegt, dass viele Sterne im Universum sehr weit von der Erde entfernt sind. Natürlich erscheint ein Stern umso schwächer, je weiter er von der Erde entfernt ist. Ein 10-mal weiter entfernter Stern erscheint 100-mal dunkler. Doch wie sich herausstellt, ist das nicht die ganze Antwort.

Stellen Sie sich eine Blase vor

Vorausgesetzt, das Universum ist sehr alt, hatte das Licht selbst der entferntesten Sterne genügend Zeit, die Erde zu erreichen. In diesem hypothetischen Szenario würden sich alle Sterne im Universum nicht bewegen.

Stellen Sie sich eine große Blase vor, in deren Mitte sich die Erde befindet. Wenn diese Blase einen Durchmesser von etwa 10 Lichtjahren hat, enthält sie ein Dutzend Sterne. Natürlich würden viele dieser Sterne von der Erde aus gesehen in einer Entfernung von mehreren Lichtjahren sehr dunkel erscheinen.

Wenn Sie den Durchmesser dieser Blase weiter auf 1.000 Lichtjahre, dann auf 1 Million Lichtjahre und schließlich auf 1 Milliarde Lichtjahre vergrößern, erscheinen die am weitesten entfernten Sterne in der Blase noch schwächer. Innerhalb dieser wachsenden Blase wird es jedoch auch immer mehr Sterne geben, die alle leuchten, und obwohl die am weitesten entfernten Sterne immer schwächer erscheinen, wird es mehr von ihnen geben, und der gesamte Nachthimmel sollte sehr hell erscheinen.

Nachdem wir uns im Kreis gedreht haben, scheinen wir wieder am Ausgangspunkt angelangt zu sein, doch tatsächlich sind wir der Antwort näher gekommen.

Altersprobleme

In diesem Blasenszenario gehen wir davon aus, dass sich die Sterne nicht bewegen und das Universum sehr alt ist. Allerdings ist das Universum nur etwa 13 Milliarden Jahre alt.

Der massive Galaxienhaufen WHL0137-08, der vom James Webb-Weltraumteleskop erfasst wurde, enthält Sunrise Arc, die am stärksten vergrößerte Galaxie aus der ersten Milliarde Jahre des Universums, und Earendel, den am weitesten entfernten Stern, der jemals in dieser Galaxie entdeckt wurde. Das Licht von Elendil brauchte 12,9 Milliarden Jahre, um die Erde zu erreichen, was bedeutet, dass es innerhalb der ersten Milliarde Jahre der Entstehung des Universums leuchtete. Bildnachweise: NASA, ESA, CSA, D. Coe (STScI/AURA für die ESA; Johns Hopkins University), B. Welch (NASA Goddard Space Flight Center; University of Maryland, College Park) Bildverarbeitung: Z. Levay

Obwohl dies aus menschlicher Sicht eine sehr lange Zeit ist, ist sie aus astronomischer Sicht immer noch sehr kurz, so kurz, dass das Licht von Sternen, die mehr als 13 Milliarden Lichtjahre entfernt sind, die Erde nicht erreicht hat. Die tatsächliche Blase um die Erde, die alle für uns sichtbaren Sterne enthält, erstreckt sich also nur bis zu einer Entfernung von etwa 13 Milliarden Lichtjahren von der Erde.

Es gibt nicht genügend Sterne in der Blase, um jede Sichtlinie auszufüllen. Natürlich können Sie Sterne sehen, wenn Sie in bestimmte Himmelsrichtungen blicken, und wenn Sie in andere Teile des Himmels blicken, werden Sie keine Sterne sehen. Das liegt daran, dass an diesen dunklen Orten die Sterne, die in Ihrem Blickfeld zu liegen scheinen, so weit entfernt sind, dass ihr Licht die Erde noch nicht erreicht hat. Mit der Zeit wird das Licht dieser immer weiter entfernten Sterne genügend Zeit haben, uns zu erreichen.

Dopplerverschiebung

Sie fragen sich vielleicht: Wird der Nachthimmel irgendwann vollständig erleuchtet sein? Dies geht jedoch auf eine andere Annahme zurück, die wir am Anfang gemacht haben: dass sich alle Sterne nicht bewegen. Doch in Wirklichkeit dehnt sich das Universum ständig aus und die am weitesten entfernten Galaxien entfernen sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit von der Erde.

Da sich Galaxien so schnell bewegen, verschiebt sich das Licht der Sterne in Farben, die für das menschliche Auge unsichtbar sind. Dieser Effekt wird als Dopplerverschiebung bezeichnet. Selbst wenn das Licht genügend Zeit hätte, Sie zu erreichen, könnten Ihre Augen das Licht der am weitesten entfernten Sterne nicht sehen und der Nachthimmel wäre nicht vollständig erleuchtet.

Die Dopplerverschiebung, auch Rotverschiebung genannt, bedeutet, dass das von einem weit vom Beobachter entfernten Objekt ausgestrahlte Licht stärker zum roten Ende des Spektrums tendiert, d. h. die Wellenlänge wird länger und die Frequenz nimmt ab.

Wenn Sie länger warten, wird der Stern irgendwann ausbrennen; Sterne wie unsere Sonne existieren nur etwa 10 Milliarden Jahre. Astronomen gehen davon aus, dass in ferner Zukunft, also in etwa 100 Billionen Jahren, das Universum in Dunkelheit versinken wird und nur noch von Sternenresten wie Weißen Zwergen und Schwarzen Löchern bewohnt sein wird.

NASA-Enthusiasten

Obwohl unser Nachthimmel nicht vollständig mit Sternen gefüllt ist, leben wir in einer ganz besonderen Phase des Universums und haben das Glück, einen wunderschönen und komplexen Nachthimmel zu genießen, in dem Licht und Dunkelheit nebeneinander existieren.