Schlagwort: Simulation

Veröffentlicht am

Dunkle Materie in einem simulierten Universum

Auf dieser Simulation des Hayden Planetariums scheint Dunkle Materie im Universum häufiger vorzukommen als baryonische Materie.

Illustrationscredit und -rechte: Tom Abel und Ralf Kaehler (KIPAC, SLAC), AMNH

Spukt es im Universum? Diese Karte Dunkler Materie lässt das vermuten. Die Gravitation der unsichtbaren Dunklen Materie ist die beste Erklärung dafür, warum Galaxien so schnell rotieren und warum Galaxien auf ihren Bahnen in Galaxienhaufen so schnell sind. Sie erklärt auch, warum Gravitationslinsen Licht so stark ablenken und warum sichtbare Materie so verteilt ist, wie sie ist. Das gilt sowohl im lokalen Universum als auch im kosmischen Mikrowellenhintergrund.

Das Bild stammt aus der Weltraumschau „Dunkles Universum”, die schon älter ist. Sie lief im Hayden Planetarium, das sich im Amerikanischen Museum für Naturgeschichte befindet. Das Bild zeigt, wie die Dunkle Materie alles durchdringt und im Universum spuken könnte. Es stammt aus einer detailreichen Simulation mit Computern. Komplexe Fasern aus Dunkler Materie sind wie Spinnweben verteilt. Sie sind schwarz gefärbt. Die relativ wenigen Klumpen aus bekannter baryonischer Materie sind orange dargestellt. Diese Simulationen passen gut zu Beobachtungen aus der Astronomie.

Dunkle Materie ist an sich schon ziemlich seltsam. Ihre Form ist unbekannt. Noch spannender ist vielleicht, dass sie nicht mehr als seltsamste Quelle der Gravitation im Universum gilt. Diese Ehre gebührt der Dunklen Energie. Sie ist eine gleichförmige Quelle abstoßender Gravitation. Anscheinend kontrolliert sie die Ausdehnung des ganzen Universums.

Zur Originalseite

Veröffentlicht am

Der Tanz von Venus und Erde

Video- und Textcredit: James O’Donoghue (JAXA); Daten: NASA, New Horizons; h/t: Josef Chlachula

Wenn die Venus an der Erde vorbeizieht, sehen wir sie immer von derselben Seite. Diese faszinierende Tatsache ist erst seit etwa 50 Jahren bekannt. Seit damals können Radioteleskope durch die dicken Wolken der Venus spähen und ihre langsam rotierende Oberfläche verfolgen.

Wenn die Venus der Erde am nächsten kommt, nennt man das eine untere Konjunktion. Heute findet eine statt. Diese Animation zeigt die Positionen von Sonne, Venus und Erde von 2010 bis 2023. Sie basiert auf Daten der NASA. An der Venusoberfläche wurde ein gelber Stab angebracht. Er zeigt ihre Rotation. Der Grund für diese ungewöhnliche 1,6-jährige Resonanz ist der Einfluss der Gravitation, den die Erde auf die Venus ausübt. Es überrascht, dass er stärker ist als der Einfluss der Gezeiten durch die Sone.

Wenn man heute die Venus hinter dem grellen Licht der Sonne sehen könnte, wäre sie nur ein sehr schmaler Teil einer Sichel. Bisher war die Venus am Abendhimmel sichtbar. Ab morgen strahlt sie am Morgenhimmel. Das ist – von der Erde aus gesehen – auf der anderen Seite der Sonne.

Expertendiskussion: Wie entdeckt die Menschheit erstmals außerirdisches Leben?

Zur Originalseite

Veröffentlicht am

Illustris-Simulation des Universums


Videocredit: Illustris-Arbeitsgruppe, NASA, PRACE, XSEDE, MIT, Harvard CfA; Musik: The Poisoned Princess (Media Right Productions)

Beschreibung: Woher kommen wir? Klicken Sie hier, lehnen Sie sich zurück und sehen Sie zu. Diese Computersimulation der Entwicklung des Universums zeigt, wie Galaxien entstanden sind, und bietet Einblicke zum Platz der Menschheit im Universum.

Das Illustris-Projekt verbrauchte im Jahr 2014 20 Millionen CPU-Stunden, indem es die Entwicklung von 12 Milliarden Auflösungselementen in einem Zeitraum von 13 Milliarden Jahren und einem Würfel mit einer Seitenlänge von 35 Millionen Lichtjahren verfolgte. Die Simulation erfasst Materie bei der Entstehung einer Vielzahl von Galaxientypen. Während sich das virtuelle Universum entwickelt, kondensiert bald ein Teil der Materie, die mit dem Universum expandiert, durch Gravitation und bildet Fasern, Galaxien und Galaxienhaufen.

Dieses Video zeigt den Blickpunkt einer virtuellen Kamera, die um einen Teil des sich verändernden Universums kreist. Zuerst zeigt es die Entwicklung Dunkler Materie, dann Wasserstoff, der nach Temperatur gekennzeichnet ist (0:45), danach schwere Elemente wie Helium und Kohlenstoff (1:30) und schließlich wieder Dunkle Materie (2:07). Links unten läuft die Zeit ab dem Urknall, rechts unten ist die Art der Materie, die gerade gezeigt wird, gelistet. Explosionen (0:50) zeigen extrem massereiche Schwarze Löcher in Galaxienzentren, die Blasen aus heißem Gas ausstoßen.

Es wurden interessante Unstimmigkeiten zwischen Illustris und dem echten Universum untersucht, einschließlich der Frage, warum die Simulation eine Überfülle alter Sterne erzeugte.

Zur Originalseite

Veröffentlicht am

Virtueller Vorbeiflug an der Strudelgalaxie


Videocredit: F. Summers, J. DePasquale und D. Player (STScI); Musik: Into the Wormhole (Jingle Punks via Youtube)

Beschreibung: Wie sieht es aus, wenn man über eine Spiralgalaxie fliegt? Um das zu visualisieren, berechneten Astronominnen und Trickfilmspezialisten am Space Telescope Science Institute aus Daten und Bildern vom Weltraumteleskop Hubble einen virtuellen Vorbeiflug an der Strudelgalaxie (M51). Die Strudelgalaxie ist nur 25 Millionen Lichtjahre entfernt und insgesamt 50.000 Lichtjahre groß. Sie ist eine der hellsten und malerischsten Galaxien am Himmel.

Beim virtuellen Vorbeiflug sind Spiralarme sichtbar, die von jungen blauen Sternen, älteren helleren Sternen, dunklen Staubbahnen und hellen roten Emissionsnebeln markiert sind. Viele weit entfernte Galaxien sind direkt durch M51 sichtbar. Die Visualisierung ist als Zeitraffer gedacht, weil sonst die Geschwindigkeit der virtuellen Kamera sehr nahe an der Lichtgeschwindigkeit liegen müsste.

Zur Originalseite

Veröffentlicht am

Simulation TNG50: Ein Galaxienhaufen entsteht


Videocredit: IllustrisTNG-Projekt; Visualisierung: Dylan Nelson (Max Planck Institut für Astrophysik) et al. Musik: Symphonie No. 5 (Ludwig van Beethoven) via YouTube Audio Library

Beschreibung: Wie entstehen Galaxienhaufen? Da sich unser Universum zu langsam bewegt, um es zu beobachten, werden schneller bewegte Computersimulationen erstellt, um das herauszufinden. Ein neuer Versuch ist TNG50 von IllustrisTNG, eine verbesserte Version der berühmten Illustris-Simulation.

Der erste Teil dieses Videos zeigt die Spuren kosmischen Gases (großteils Wasserstoff), das sich vom frühen Universum bis heute zu Galaxien und Galaxienhaufen entwickelt, wobei hellere Farben schneller bewegtes Gas markieren. Während das Universum heranreift, fällt Gas in Gravitationssenken, Galaxien entstehen, Galaxien rotieren, Galaxien kollidieren und verschmelzen, und die ganze Zeit über entstehen Schwarze Löcher in Galaxienzentren und stoßen umgebendes Gas mit hoher Geschwindigkeit aus.

Die zweite Hälfte des Videos folgt der Spur von Sternen und zeigt, wie ein Galaxienhaufen mit Gezeitenschweifen und Sternströmen zustande kommt. Der Ausfluss von Schwarzen Löchern ist in TNG50 überraschend komplex, und die Details werden mit unserem realen Universum verglichen. Zu untersuchen, wie Gas im frühen Universum verschmolz, hilft der Menschheit besser zu verstehen, wie Erde, Sonne und Sonnensystem ursprünglich entstanden sind.

Zur Originalseite

Veröffentlicht am

Animation: Der Meteorstrom der Perseïden

Credit der Visualisierung: Ian Webster; Daten: NASA, CAMS, Peter Jenniskens (SETI-Institut)

Woher kommen die Meteore der Perseïden? Es sind vorwiegend kleine Steinsplitter, die vom Kometen Swift-Tuttle abfielen. Diese Stücke folgen weiterhin der Bahn des Kometen. Dabei treiben sie langsam auseinander.

Diese Animation zeigt den ganzen Strom an Meteoroiden, der um unsere Sonne kreist. Jedes Jahr nähert sich die Erde diesem Strom. Dann sehen wir die Meteore der Perseïden. Das Video zeigt den Kometenschutt als hellen Strom. Er ist eigentlich klein und dunkel, sodass man ihn praktisch nicht aufspüren kann. Nur ein kleiner Bruchteil dieser Teilchen gelangt in die Erdatmosphäre. Dort wird er aufgeheizt und leuchtet, wenn er zerfällt.

Dieses Wochenende verspricht eine der besten Himmelsnächte, um die Perseïden und weitere aktive Meteorströme zu beobachten. Denn der Neumond ist nicht nur dunkel, er steht außerdem die nachts gar nicht am Himmel. Zwar überstrahlt der Neumond nicht die blassen Perseïden, doch er bedeckt teilweise die Sonne. Daher kann man an manchen nördlichen Orten eine partielle Sonnenfinsternis beobachten.

Zur Originalseite

Veröffentlicht am

LRO zeigt den rotierenden Mond

Videocredit: LRO, Arizona State U., NASA

Niemand kann derzeit sehen, wie sich der Mond so dreht wie in diesem Video, denn seine Rotation ist an die Erde gebunden. Er zeigt ihr immer dieselbe Seite. Doch mit moderner digitaler Technik entstand aus vielen detaillierten Bildern des Lunar Reconnaissance Orbiters LRO ein hoch aufgelöstes virtuelles Video, das zeigt wie der Mond rotiert.

Das Zeitraffervideo beginnt mit der normalen Erdsicht des Mondes. Bald rotiert das Mare Orientale knapp unter dem Äquator ins Bild. Es ist ein großer Krater mit dunklem Zentrum, das von der Erde aus schwer zu sehen ist.

Das Video zeigt einen ganzen Mondmonat in 24 Sekunden. Man erkennt deutlich, dass sich viele dunkle Mondmeere auf der Erdseite des Mondes befinden, während auf der Rückseite hauptsächlich helle Mondgebirge vorkommen. Derzeit entwickeln vier verschiedene Länder mehr als 20 neue Mondmissionen, deren Start dieses oder nächstes Jahr geplant ist.

Zur Originalseite

Veröffentlicht am

Galaxien entstehen in einem magnetischen Universum

Bildcredit: IllustrisTNG Projekt; Visualisierung: Mark Vogelsberger (MIT) et al. Musik: Gymnopedie 3 (Komponist: Erik Satie, Musiker: Wahneta Meixsell)

Woher kommen wir? Wir wissen, dass wir auf einem Planeten leben, der um einen Stern kreist. Dieser umrundet eine Galaxie. Aber wie ist das alles entstanden?

Um das zu verstehen, verbesserten Forschende die berühmte Illustris–Simulation. So entstand IllustrisTNG, das bisher komplexeste Computermodell. Es zeigt, wie Galaxien im Universum entstehen. Im Video entwickeln sich die Magnetfelder vom frühen Universum (Rotverschiebung 5) bis heute (Rotverschiebung 0). Relativ schwache Magnetfelder sind blau, starke sind weiß dargestellt. Diese Felder passen sehr gut zu Galaxien und Galaxienhaufen.

Zu Beginn der Simulation kreist eine erdachte Kamera um das virtuelle IllustrisTNG-Universum. Sie zeigt eine junge Region, die 30 Millionen Lichtjahre groß und ziemlich fadenförmig ist. Durch die Schwerkraft entstehen viele Galaxien. Sie verschmelzen, während sich das Universum ausdehnt und entwickelt. Am Ende passt das simulierte IllustrisTNG-Universum statistisch gesehen gut zu dem Universum, das wir heute beobachten. Doch es gibt einige interessante Unterschiede. Dazu gehört z. B. eine Abweichung bei der Energie von Radiowellen, die von schnellen geladenen Teilchen ausgehen.

Zur Originalseite