Schlagwort: Simulation

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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.

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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.

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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.

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Animation: Perseïden-Meteorstrom

Visualisierungscredit: 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 den Meteorstrom der Perseïden. Die Animation zeigt den Kometenschutt hell. Normalerweise ist er 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, wenn man die Perseïden und weitere aktive Meteorströme beobachten möchte. Denn der Neumond ist nicht nur dunkel, er steht außerdem die meiste Zeit 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.

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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.

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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.

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Immersive Visualisierung des galaktischen Zentrums Sgr A*

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

Was sieht man, wenn man aus dem Zentrum unserer Galaxis nach außen schaut? Dieses Video zeigt zwei wissenschaftlich ermittelte Möglichkeiten. Das immersive Video umfasst 360 Grad. Man kann es in jede Richtung drehen. Die Computersimulation basiert auf Infrarotdaten des Very Large Telescope (VLT) der ESO in Chile und Röntgendaten des NASA–Röntgenobservatoriums Chandra im Orbit.

Im Video erreicht ihr zu Beginn rasch Sgr A* (Sagittarius A Stern). Dort ist das sehr massereiche Schwarze Loch im Zentrum der Galaxis. Wenn ihr dann nach außen seht, zeigt die 500-Jahre-Zeitraffersimulation leuchtendes Gas und viele Lichtpunkte, die um euch kreisen. Viele der Punkte sind junge Wolf-Rayet-Sterne. Von diesen strömen sichtbare heiße Winde in die umgebenden Nebel.

Wolken, die näher kommen, werden länglich. Gleichzeitig fallen Objekte, die zu nahe kommen, hinein. Gegen Ende des Videos wiederholt sich die Simulation. Diesmal stößt die dynamische Region um Sgr A* heißes Gas aus, das die näher kommende Materie zurückstößt.

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Im Tal des Orion

Vorne blicken wir über roten Nebel, in den in der Mitte ein Tal gegraben ist. Es endet in einem Hohlraum, der von hellen Sternen in der Mitte geschaffen wurde. Oben über dem Hebel, der einen scharfen Rand hat, ist der Himmel dunkel.

Visualisierungscredit: NASA, ESA, F. Summers, G. Bacon, Z. Levay, J. DePasquale, L. Frattare, M. Robberto, M. Gennaro (STScI) und R. Hurt (Caltech/IPAC)

Diese Darstellung zeigt einen ungewohnten Blick auf den Orionnebel. Sie basiert auf astronomischen Daten und Techniken, um Filme zu erstellen. Das digital modellierte Bild zeigt das berühmte Gebiet mit Sternbildung aus nächster Nähe. Normalerweise sehen wir es aus einer Entfernung von 1500 Lichtjahren. Die Darstellung links basiert auf Daten von Hubble im sichtbaren Licht. Rechts geht es zu Infrarotdaten des Weltraumteleskops Spitzer über.

In der Mitte blicken wir über ein Tal in der Wand der riesigen Molekülwolke in der Region. Es ist etwa ein Lichtjahr breit. Das Tal endet in einem Hohlraum, den die energiereichen Winde und die Strahlung der massereichen Zentralsterne im Trapezhaufen gegraben haben. Das Bild stammt aus einem 3D-Video. Es entstand in mehreren Wellenlängen und zeigt uns einen weiten Flug durch den großen Nebel im Orion, der drei Minuten dauert.

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