Bevor es Sand gab

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    Kurz nach null

    Was im Moment null war, weiß niemand. Wir beginnen kurz danach, bei 10⁻³⁶ Sekunden. Nach der Theorie der Inflation bläht sich der Raum jetzt in einem Augenblick um mindestens das 10²⁶-Fache auf. Winzige Schwankungen in diesem Glühen werden später zu Galaxien.

    Die Inflation ist die gängige Erklärung, beobachtet ist sie nicht.

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    Quark-Gluon-Plasma

    Heißer als irgendetwas danach: Quarks und Gluonen schwimmen frei durcheinander. Protonen gibt es noch nicht, Atome erst recht nicht.

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    Protonen und Neutronen

    Nach einer hunderttausendstel Sekunde, bei rund einer Billion Grad, binden sich je drei Quarks zu Protonen und Neutronen. 28 davon hat ein Siliziumkern. Die hellen Punkte sind 28 solche Teilchen, noch weit verstreut.

    Ein möglicher Lebenslauf. Typisch, nicht nachweisbar.

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    Die ersten Minuten

    Zwischen etwa zehn Sekunden und zwanzig Minuten verschmelzen Protonen und Neutronen zu Helium. Danach ist das Universum zu kalt und zu dünn: 75 Prozent Wasserstoff, 25 Prozent Helium, Spuren von Lithium. Kein einziges Siliziumatom, denn es gibt keinen stabilen Kern mit fünf oder acht Teilchen, über den die Kette weiterlaufen könnte.

    Unsere 28 stecken jetzt in sieben Heliumkernen: 28 = 7 × 4.

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    Das Licht wird frei

    Nach rund 370 000 Jahren, bei etwa 3000 Grad, fangen die Kerne Elektronen ein. Das Universum wird durchsichtig, und dieses orange Glühen fliegt seitdem ungehindert. Heute kommt es 1090-fach gedehnt als Mikrowellenrauschen mit 2,7 Kelvin an.

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    Das dunkle Zeitalter

    Das Licht ist noch da, aber ins Infrarote gerutscht. Für Augen wird es dunkel. Unsichtbare dunkle Materie, gut fünfmal so viel wie gewöhnliche, zieht das Gas zu einem Netz zusammen.

    Das graue Netz ist unsichtbar und hier sichtbar gemacht.

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    Die ersten Sterne

    In den Knoten des Netzes zünden nach einigen hundert Millionen Jahren die ersten Sterne: aus reinem Wasserstoff und Helium, oft Dutzende Sonnenmassen schwer und nach zwei bis fünf Millionen Jahren schon wieder vergangen. In ihnen entstehen die ersten Elemente bis zum Eisen.

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    Die Milchstraße wächst

    Aus zusammenströmendem Gas wächst unsere Galaxie. Ihre dicke Scheibe bildet schon 0,8 Milliarden Jahre nach dem Urknall Sterne. Generation um Generation reichern Sterne das Gas mit schweren Elementen an.

    Ab hier gewinnt die Schwerkraft: Was gebunden ist, dehnt sich nicht mehr mit aus.

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    Ein Stern schmiedet Silizium

    Irgendwann in den nächsten acht Milliarden Jahren verbrennt ein Stern mit mehr als acht Sonnenmassen in seinem Kern Sauerstoff zu Silizium. Hier finden unsere sieben Heliumkerne zusammen. Danach geht es schnell: Das Siliziumbrennen dauert nur Tage, dann kollabiert der Kern, und eine Supernova schleudert das Silizium ins All.

    Welcher Stern es war, weiß niemand. Auch Supernovae vom Typ Ia erzeugen Silizium.

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    Der Sonnennebel

    Vor 4,568 Milliarden Jahren fällt eine Gaswolke von etwa einem Parsec in sich zusammen, womöglich angestoßen von einer nahen Supernova. Nach rund 100 000 Jahren kreist eine Scheibe von 200 Astronomischen Einheiten um die junge Sonne. Unser Silizium steckt in einem Staubkorn.

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    Erde und Mond

    Staub wird zu Brocken, Brocken zu Planeten. Vor 4,54 Milliarden Jahren ist die Erde da, glühend. Bald darauf trifft sie ein marsgroßer Körper; aus den Trümmern entsteht der Mond. Unser Silizium liegt jetzt im Gestein, und Gestein ist zu gut einem Viertel Silizium.

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Quellen und Methode

  1. Wikipedia: Chronology of the universe. wikipedia.org
  2. Wikipedia: Big Bang nucleosynthesis. wikipedia.org
  3. Planck Collaboration: Planck 2018 results I, Overview. aanda.org Und: Planck 2018 results VI, Cosmological parameters. adsabs.harvard.edu
  4. Wikipedia: Stellar population, Population III. wikipedia.org
  5. Xiang & Rix: A time-resolved picture of our Milky Way’s early formation history, Nature 603, 599–603 (2022). nature.com Überblick bei der ESA. esa.int
  6. Wikipedia: Formation and evolution of the Solar System. wikipedia.org
  7. Princeton University: Earth’s moon formed millions of years earlier than previously believed, 2017. princeton.edu Science: Impact that formed the Moon struck a practically newborn Earth. science.org
  8. Wikipedia: Silicon-burning process. wikipedia.org
  9. Wikipedia: Silicon. wikipedia.org
  10. Wyman, Sloan & Shirley: Simple Analytic Approximations to the CIE XYZ Color Matching Functions, JCGT 2 (2), 2013. Daraus die Farben. jcgt.org

Was gerechnet und was gezeichnet ist

Zeit, Skalenfaktor und Temperatur stammen aus der Friedmann-Gleichung mit den Planck-Werten (H₀ = 67,4 km/s/Mpc, Ωₘ = 0,315, flach). Vor etwa einer Sekunde ist die Temperatur grob korrigiert, weil Teilchenvernichtungen die Strahlung später noch aufgeheizt haben.

Die Farben sind Schwarzkörperfarben: der Hintergrund in der Farbe der Strahlungstemperatur, Sterne in der Farbe ihrer Oberfläche. Unter etwa 700 Kelvin leuchtet nichts mehr sichtbar.

Die Bildhöhe zeigt bis zur fünften Stufe den Durchmesser der Region, deren Masse später die Milchstraße wird. Danach rahmt sie Galaxie, Sternrest, Scheibe und schließlich Erde und Mond.

Die 28 Teilchen, der Stern, der Nebel und die Planetenbildung sind ein möglicher, schematischer Lebenslauf. Das Netz der dunklen Materie ist erzeugt, nicht gemessen.