Schlagwort: Simulation

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Galaxienentstehung in einem magnetischen Universum


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

Beschreibung: Wie sind wir hierher gekommen? Wir wissen, dass wir auf einem Planeten leben, der einen Stern umkreist, welcher um eine Galaxie kreist, aber wie ist das alles entstanden?

Um die Details besser zu verstehen, verbesserten Astrophysiker die berühmte Illustris–Simulation zu IllustrisTNG – diese ist nun das komplexeste Computermodell der Entwicklung von Galaxien in unserem Universum. Dieses Video zeigt die Magnetfelder vom frühen Universum (Rotverschiebung 5) bis heute (Rotverschiebung 0). Relativ schwache Magnetfelder sind blau abgebildet, starke sind weiß dargestellt. Diese B-Felder passen sehr gut zu Galaxien und Galaxienhaufen.

Am Beginn der Simulation umkreist eine virtuelle Kamera das virtuelle IllustrisTNG-Universum und zeigt eine 30 Millionen Lichtjahre große junge Region, die ziemlich fadenförmig ist. Durch die Schwerkraft entstehen viele Galaxien und verschmelzen, während sich das Universum ausdehnt und entwickelt. Am Ende stimmt das simulierte IllustrisTNG-Universum statistisch gesehen gut mit unserem gegenwärtigen wirklichen Universum überein, obwohl es einige interessante Unterschiede gibt – zum Beispiel eine Abweichung bei der Energie von Radiowellen, die von schnell bewegten geladenen Teilchen abgestrahlt wird.

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Eine immersive Visualisierung des galaktischen Zentrums


Videocredit: NASA, CXC, Pontifical Catholic Univ. of Chile, C. Russell et al.

Beschreibung: Was würde man sehen, wenn man vom Zentrum unserer Galaxis hinausblicken könnte? Dieses Video zeigt zwei wissenschaftlich ermittelte Möglichkeiten als immersives 360-Grad-Video, bei dem man in jede Richtung blicken kann. Diese Computersimulation basiert auf Infrarotdaten des Very Large Telescope der ESO in Chile sowie Röntgendaten des NASA–Röntgenobservatoriums Chandra im Orbit.

Zu Beginn des Videos erreichen Sie rasch Sgr A*, das sehr massereiche Schwarze Loch im Zentrum der Galaxis. Wenn Sie dann nach außen blicken, zeigt diese 500-Jahre-Zeitraffersimulation leuchtendes Gas und viele Lichtpunkte, die um Sie kreisen. Viele dieser Punkte sind junge Wolf-Rayet-Sterne, aus denen sichtbare heiße Winde in die umgebenden Nebel wehen. Näherkommende Wolken werden länglich, während Objekte, die sich zu sehr annähern, hineinfallen. Gegen Ende des Videos wiederholt sich die Simulation, doch diesmal stößt die dynamische Region um Sgr A* heißes Gas aus, das die näherkommende Materie zurückstößt.

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Wirbelsturmsaison – animiert


Videocredit: M. R. Radcliff (USRA) et al., NASA – GSFC, SVS; Musik: Elapsing Time von C. Telford und R. A. Navarro (ASCAP)

Beschreibung: Wohin wandern Wirbelstürme? Um gefährliche Stürme besser zu verstehen, kombinierte die NASA die Daten mehrerer Satelliten zu dieser Supercomputersimulation der Wirbelsturmsaison des letzten Jahres.

In diesem Video wurden Rauch (weiß), Meersalz (blau) und Staub (braun) von August bis Oktober 2017 auf der Nordhälfte der westlichen Erdhalbkugel aufgezeichnet. Diese Aerosole machen mitunter unsichtbare Winde sichtbar. Inmitten der vielen faszinierenden Strömungen wirbeln rechts Orkane über den Atlantik. Einige dieser Wirbelstürme peitschten Inseln und Küstenregionen in Nordamerika, ehe sie sich im Nordatlantik verflüchtigten.

Die Analyse der Wettermuster dieses Jahres könnte schon nächstes Jahr genauere Unwettervorhersagen liefern.

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Dunkle Materie in einem simulierten Universum

Siehe Erklärung. Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

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

Spukt es in unserem Universum? Auf dieser Karte der Dunklen Materie scheint es so. Die Gravitation unsichtbarer Dunkler Materie ist die beste Erklärung dafür, warum Galaxien so schnell rotieren, warum Galaxien so schnell um Haufen kreisen, warum Gravitationslinsen Licht so stark ablenken und warum sichtbare Materie so verteilt ist, wie sie ist – sowohl im lokalen Universum als auch im kosmischen Mikrowellenhintergrund.

Dieses Bild aus der Weltraumschau „Das dunkle Universum“ des Hayden-Planetariums im Amerikanischen Museum für Naturgeschichte zeigt, wie die allgegenwärtige Dunkle Materie in unserem Universum vielleicht spukt. Dieses Bild stammt aus einer detailreichen Computersimulation. Schwarze, komplexe Fasern aus alles durchdringender Dunkler Materie sind hier wie Spinnennweben im Universum verteilt. Die relativ wenigen Klumpen aus bekannter baryonischer Materie sind orange gefärbt.

Diese Simulationen stimmen statistisch gesehen gut mit astronomischen Beobachtungen überein. Etwas unheimlicher ist, dass Dunkle Materie – obwohl sie ziemlich seltsam ist und einer unbekannte Form hat – nicht mehr die seltsamste vermutete Quelle der Gravitation im Universum ist. Diese Ehre hat nun die Dunkle Energie, eine homogenere Quelle abstoßender Gravitation, die anscheinend die Ausdehnung des ganzen Universums bestimmt.

Nicht nur Halloween: Heute ist Tag der Dunklen Materie
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Animation der Galaxienentwicklung


Videocredit: Donna Cox (AVL NCSA/U. Illinois) et al, GSFC der NASA, AVL, NCSA

Beschreibung: Wie entwickelte sich das Universum aus einem so gleichmäßigen Beginn? Um das zu verstehen, erstellten Quantenkosmologen und die NASA rechnerisch dieses Zeitraffer-Animationsvideo – eine Computersimulation von einem Teil des Universums. Die Simulation von 100 Millionen Lichtjahren beginnt etwa 20 Millionen Jahre nach dem Urknall und läuft bis in die Gegenwart. Nach einem glatten Beginn verwandeln sich Materieklumpen durch die Gravitation in Galaxien, die sofort anfangen, sich zueinander zu bewegen. Bald kondensieren viele von ihnen zu langen Fasern, während andere gewaltsam zu einem großen, heißen Galaxienhaufen verschmelzen. Die Untersuchung möglicher Eigenschaften des Universums durch Simulationen wie diese hilft bei der Konstruktionsentwicklung des James-Webb-Weltraumteleskops, dessen Start derzeit für Ende 2018 geplant ist.

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Illustris-Simulation des Universums

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

Wie sind wir hierher gekommen? Klickt auf den Pfeil, lehnt euch zurück und seht zu. Diese neue Computersimulation zeigt die Entstehung des Universums. Es ist die größte und anspruchsvollste Simulation, die je erstellt wurde. Sie liefert neue Erkenntnisse zur Bildung von Galaxien und bietet neue Perspektiven zum Platz der Menschheit im Universum.

Das Illustris-Projekt ist das bisher größte seiner Art. Es verbrauchte 20 Millionen CPU-Stunden. Dabei verfolgte es 12 Milliarden Auflösungselemente in einem Würfel mit einer Kantenlänge von 35 Millionen Lichtjahren. Die berechnete Entwicklungszeit umfasst 13 Milliarden Jahre. Die Simulation veranschaulicht erstmals, wie aus Materie eine große Vielfalt an Galaxientypen entsteht.

Während sich das virtuelle Universum entwickelt, kondensiert bald durch Gravitation ein Teil der Materie, die mit dem Universum expandiert. Das Material bildet Filamente, Galaxien und Galaxienhaufen.

Das Video zeigt die Perspektive einer virtuellen Kamera, die einen Teil des Universums umkreist, während sich dieses verändert. Zuerst zeigt sie die Entwicklung Dunkler Materie. Dann folgt Wasserstoff, der nach Temperatur codiert ist (0:45). Später sind schwere Elemente wie Helium und Kohlenstoff zu sehen (1:30). Schließlich kehrt die Kamera zu Dunkler Materie zurück (2:07).

Links unten ist die Zeit gelistet, die seit dem Urknall vergangen ist. Rechts unten ist die Art der gezeigten Materie zu lesen. Explosionen (0:50) zeigen Galaxienzentren mit sehr massereichen Schwarzen Löchern. Sie werfen Blasen aus heißem Gas aus. Es gibt interessante Unstimmigkeiten zwischen Illustris und dem realen Universum. Nun wird untersucht, warum die Simulation zum Beispiel ein Übermaß an alten Sternen erzeugt.

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Ein Schwarzes Loch in der Photonensphäre umkreisen

Bildcredit und Bildrechte: Robert Nemiroff (MTU)

Was würden wir sehen, wenn wir zu einem Schwarzen Loch kommen? Ein besonders interessanter Ort in der Nähe eines Schwarzen Loches ist seine Photonensphäre. Dort können Photonen es umkreisen. Dieser Bereich ist 50 Prozent weiter vom Innersten entfernt als der Ereignishorizont.

Wenn ihr von der Photonensphäre eines Schwarzen Loches nach außen blickt, wäre der halbe Himmel ganz schwarz. Die andere Hälfte wäre ungewöhnlich hell. Was sich hinter eurem Kopf befindet, wäre in der Mitte zu sehen.

Dieses computeranimierte Video zeigt diese Aussicht von der Photonensphäre aus. Die untere Region erscheint schwarz, weil alle Lichtstrahlen in dieser dunklen Region vom Schwarzen Loch ausgehen müssten. Das Schwarze Loch strahlt aber natürlich kein Licht ab. Die obere Hälfte des Himmels leuchtet dagegen ungewöhnlich hell und blau verschoben.

Zur Hell-dunkel-Teilung in der Mitte hin tauchen immer mehr vollständige Himmelsbilder auf. Diese Hell-Dunkel-Teilung ist die Photonensphäre. Dort befinden wir uns. Da hier Photonen kreisen können, kreist auch Licht von hinter dem Kopf um das Schwarze Loch und gelangt so ans Auge. Kein Ort am Himmel ist hier verborgen. Sterne, die hinter dem Schwarzen Loch vorbeiwandern, schwirren scheinbar schnell um einen Einsteinring herum. Der Einsteinring erscheint oben als waagrechte Linie. Er ist etwa ein Viertel der Bildhöhe vom oberen Rand des Videos entfernt.

Dieser Film ist Teil einer Videoserie, die den Raum in der Nähe des Ereignishorizonts eines Schwarzen Loches visuell erforscht.

(Hinweis: Der Urheber des Videos, Robert Nemiroff, ist einer der APOD-Herausgeber.)

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Um ein Schwarzes Loch kreisen

Bildcredit und Bildrechte: Robert Nemiroff (MTU)

Wie sieht es aus, wenn man um ein Schwarzes Loch kreist? Die starke Gravitation des Schwarzen Loches lenkt die Bahnen von Licht stark ab. Daher wäre die Umgebung sehr merkwürdig.

Erstens könnte man den ganzen Himmel sehen, weil sogar das Licht der Sterne hinter dem Schwarzen Loch zum Betrachter gelenkt würde. Außerdem wäre der Himmel in der Nähe des Schwarzen Lochs stark verzerrt. Dabei würden zum Schwarzen Loch hin immer mehr Bilder des gesamten Himmels sichtbar. Das visuell Auffälligste wäre aber, dass das äußerste Himmelsbild vollständig in einem leicht erkennbaren Kreis enthalten wäre, einem sogenannten Einsteinring.

Das oben gezeigte, wissenschaftlich korrekte Video wurde mit Computern erstellt. Es zeigt, was man sieht, wenn man ein Schwarzes Loch umkreist. Sterne, die fast genau hinter dem Schwarzen Loch vorbeiziehen, wandern sehr schnell um den Einsteinring herum. Sternbilder in der Nähe des Einsteinrings bewegen sich scheinbar schneller als Licht, doch kein Stern bewegt sich tatsächlich so schnell.

Dieses Video ist Teil einer Serie, die den Weltraum in der Nähe des Ereignishorizonts eines Schwarzen Loches visuell erforscht.

Hinweis: Der Urheber des Videos, Robert Nemiroff, ist einer der APOD-Herausgeber.

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