Ein Vakuum ist ein leerer Ort, den der Raum nahezu erreicht.

Der Weltraum ist ein nahezu perfektes Vakuum voller kosmischer Hohlräume. Und kurz gesagt, die Schwerkraft ist schuld. Aber um das Vakuum unseres Universums wirklich zu verstehen, müssen wir uns einen Moment Zeit nehmen, um zu verstehen, was ein Vakuum wirklich ist – und was es nicht ist.

Was ist also ein Vakuum und warum ist der Weltraum kein echtes Vakuum?

Vergessen Sie zunächst den Staubsauger als Analogie zum Vakuum des Weltraums, sagte Jackie Faherty, leitende Wissenschaftlerin in der Abteilung für Astrophysik am American Museum of Natural History in New York City, gegenüber WordsSideKick.com. Die Haushaltsreinigungsmaschine füllt sich effektiv mit Schmutz und Staub, der aus Ihrem Teppich gesaugt wird. (Das heißt, der Staubsauger nutzt den Differenzdruck, um eine Saugwirkung zu erzeugen. „Sauger“ wäre möglicherweise ein besserer Name als „Staubsauger“). Aber das Vakuum des Weltraums ist das Gegenteil. Per Definition ist ein Vakuum frei von Materie. Der Weltraum ist fast ein absolutes Vakuum, nicht wegen der Sogwirkung, sondern weil er fast leer ist.

Diese Leere führt zu einem extrem niedrigen Druck. Und obwohl es unmöglich ist, die Leere des Weltraums auf der Erde nachzuahmen, können Wissenschaftler Umgebungen mit extrem niedrigem Druck erzeugen, die als Teilvakuum bezeichnet werden.

Selbst wenn man die Staubsauger-Analogie außer Acht lässt, „ist es fast fremd, das Konzept des Vakuums zu verstehen, weil es so im Widerspruch zu unserer Existenz steht“, sagte Faherty. Unsere Erfahrung als Menschen ist vollständig auf einen sehr dichten, überfüllten und dynamischen Teil des Universums beschränkt. Daher kann es für uns schwierig sein, das Nichts oder die Leere wirklich zu verstehen, sagte sie. Aber in Wirklichkeit ist das, was für uns auf der Erde normal ist, im Kontext des Universums, von dem der Großteil nahezu leer ist, tatsächlich selten.

Die Schwerkraft ist König

Im Durchschnitt wäre der Weltraum auch ohne die Schwerkraft immer noch ziemlich leer. „Es gibt einfach nicht viel Zeug im Verhältnis zum Volumen des Universums, in das man das Zeug steckt“, sagt der theoretische Astrophysiker Cameron Hummels vom Caltech. Die durchschnittliche Dichte des Universums beträgt laut NASA 5,9 Protonen (ein positiv geladenes subatomares Teilchen) pro Kubikmeter. Doch dann verstärkt die Schwerkraft die Leere in bestimmten Regionen des Universums, indem sie bewirkt, dass sich die Materie im Universum ansammelt.

Grundsätzlich werden zwei beliebige Objekte mit Masse voneinander angezogen. Das ist Schwerkraft. Anders ausgedrückt: „Materie ist gerne in der Nähe anderer Materie“, sagte Faherty. Im Weltraum zieht die Schwerkraft benachbarte Objekte näher zusammen. Zusammen nimmt ihre kollektive Masse zu, und mehr Masse bedeutet, dass sie eine stärkere Anziehungskraft erzeugen können, mit der sie noch mehr Materie in ihren kosmischen Klumpen ziehen können. Die Masse nimmt zu, dann die Anziehungskraft, dann die Masse. „Es ist ein außer Kontrolle geratener Effekt“, sagte Hummels.

Wenn diese Gravitations-Hotspots Materie in die Nähe ziehen, wird der Raum zwischen ihnen evakuiert, wodurch eine sogenannte kosmische Leere entsteht, sagte Hummels. Aber das Universum begann nicht so. Nach dem Urknall sei die Materie im Universum gleichmäßiger verteilt worden, „fast wie ein Nebel“, sagte er. Aber über Milliarden von Jahren hat die Schwerkraft diese Materie zu Asteroiden, Planeten, Sternen, Sonnensystemen und Galaxien zusammengetragen; und zwischen ihnen bleiben die Lücken des interplanetaren, interstellaren und intergalaktischen Raums.

Aber selbst das Vakuum des Weltraums ist nicht wirklich rein. Zwischen den Galaxien gibt es weniger als ein Atom pro Kubikmeter, was bedeutet, dass der intergalaktische Raum nicht völlig leer ist. Allerdings besteht es aus weit weniger Materie, als jedes Vakuum, das Menschen in einer Arbeit auf der Erde simulieren könnte.

Unterdessen „dehnt sich das Universum weiter aus“, sagte Faherty und versicherte, dass der Kosmos größtenteils leer bleiben werde. „Es klingt so einsam“, sagte sie.