Schlagwort: Universum

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Simulation TNG50: Ein Galaxienhaufen entsteht

Videocredit: IllustrisTNG-Projekt; Visualisierung: Dylan Nelson (Max-Planck-Institut für Astrophysik) et al.; Musik: Symphonie Nr. 5 (Ludwig van Beethoven) in der YouTube-Audio-Bibliothek

Wie entstehen Galaxienhaufen? Unser Universum bewegt sich zu langsam, um es dabei zu beobachten. Daher werden schnellere Computersimulationen erstellt, um das herauszufinden. Ein aktueller Versuch ist TNG50 von IllustrisTNG, eine Verbesserung der berühmten Illustris-Simulation.

Der erste Teil dieses Videos zeigt, wie sich kosmisches Gas (großteils Wasserstoff) im frühen Universum bis heute zu Galaxien und Galaxienhaufen entwickelt. Hellere Farben markieren schneller bewegtes Gas. Während sich das Universum entwickelt, fällt Gas in Gravitationssenken, Galaxien entstehen, Galaxien rotieren, Galaxien kollidieren und verschmelzen, während in den Zentren der Galaxien Schwarze Löcher entstehen und das umgebende Gas mit hoher Geschwindigkeit ausstoßen.

Die zweite Hälfte des Videos werden Sternen erfasst, wir sehen einen Galaxienhaufen mit Gezeitenschweifen und Sternströmen. Der Ausfluss von Schwarzen Löchern in TNG50 ist überraschend komplex, die Details werden mit unserem realen Universum verglichen. Die Erforschung der Gasflüsse im frühen Universum hilft der Menschheit, zu verstehen, wie unsere Erde, die Sonne und das Sonnensystem entstanden sind.

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Earendel: Ein Stern im frühen Universum

Das Bild zeigt den Stern Earendel im fernen Universum der durch einen Galaxienhaufen im Vordergrund so stark vergrößert wird, dass er auf der Erde tausendfach heller erscheint.

Bildcredit: NASA, ESA, B. Welch (JHU), D. Coe (STScI); Bearbeitung: A. Pagan (STScI)

Beschreibung: Ist Earendel der am weitesten entfernte Stern, der je entdeckt wurde? Diese wissenschaftliche Möglichkeit ergab sich, als das Weltraumteleskop Hubble einen riesigen Galaxienhaufen beobachtete. Der Gravitationslinseneffekt dieses Haufens vergrößert und verzerrt eine Galaxie weit dahinter. Diese verzerrte Hintergrundgalaxie ist mit einer Rotverschiebung von 6,2 sehr weit entfernt. Auf diesem Bild erscheint sie als lange rote Kordel. Die Perlen auf der Kette sind wahrscheinlich einzelne Sterne oder Sternhaufen.

Die Linse des Galaxienhaufens erzeugt eine Linie der maximalen Vergrößerung, wo überlagerte Hintergrundobjekte tausendfach vergrößert erscheinen können. Am Schnittpunkt zwischen der Galaxienlinie und der Linie der maximalen Vergrößerung befindet sich eine „Perle“, die vermutlich von einem einzelnen hellen Stern im frühen Universum stammt. Dieser wird nun Earendel genannt.

Künftige Forschungen enthalten vielleicht weiteres Bildmaterial von Hubble und – ziemlich wahrscheinlich – vom neuen James-Webb-Weltraumteleskop, wenn es in naher Zukunft in Betrieb geht. So können sich zeigen, wie sich die Helligkeit von Earendel verändert. Die große Entfernung von Earendel übertrifft die aller bekannten stabilen Sterne. Nur der Stern, bei dessen Explosion GRB 090423 entstand, hatte eine noch höhere Rotverschiebung von 8,2.

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Das beobachtbare Universum

Unser Universum mit Erde und Sonne, umgeben von unserem Sonnensystem, nahen Sternen, nahen Galaxien, fernen Galaxien, Fasern früher Materie und dem kosmischen Mikrowellenhintergrund.

Bildcredit und Lizenz: Wikipedia, Pablo Carlos Budassi

Beschreibung: Wie weit sehen wir? Alles, was hier zu sehen ist, und alles, was ihr vielleicht jetzt gerade sehen könntet, wenn eure Augen jede Art von Strahlung wahrnehmen könnten, ist das beobachtbare Universum.

Das am weitesten entfernte Licht stammt vom kosmischen Mikrowellenhintergrund aus einer Zeit vor 13,8 Milliarden Jahren. Davor war das Universum undurchsichtig wie dicker Nebel. Einige Neutrinos und Gravitationswellen, die uns umgeben, kommen von noch weiter draußen, doch die Menschheit hat noch nicht die Technik, um sie zu erfassen.

Dieses Bild veranschaulicht das beobachtbare Universum in einem immer kompakteren Maßstab. In der Mitte befinden sich Erde und Sonne, umgeben von unserem Sonnensystem, nahen Sternen, nahen Galaxien, fernen Galaxien, Fasern von früher Materie und dem kosmischen Mikrowellenhintergrund.

Kosmolog*innen nehmen in der Regel an, dass unser beobachtbares Universum nur der nahe gelegene Teil eines größeren Ganzen ist, das wir „das Universum“ nennen und in dem überall dieselbe Physik gilt. Es gibt jedoch auch einige populäre, aber spekulative Ansätze, die besagen, dass unser Universum Teil eines größeren Multiversums sind, in dem andere physikalische Konstanten und Gesetze gelten, höhere Dimensionen oder leicht abweichende Versionen unseres Standarduniversums existieren.

Quelle: Hoch aufgelöste Bildversion mit lesbarer Beschriftung | klickbare Beschriftung
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Dunkle Materie in einem simulierten Universum

Simulation der Verteilung Dunkler Materie im Universum.

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

Beschreibung: Spukt es in unserem Universum? Auf dieser Karte der Dunklen Materie sieht es so aus. Die Schwerkraft der unsichtbaren Dunklen Materie ist die wichtigste Erklärung dafür, warum Galaxien sich so schnell drehen, warum Galaxien so schnell um Galaxienhaufen kreisen, warum Gravitationslinsen Licht so stark ablenken und warum sichtbare Materie sowohl im lokalen Universum als auch im fernen kosmischen Mikrowellenhintergrund so verteilt ist, wie sie ist.

Dieses Bild aus der Weltraumschau „Dunkles Universum“ des Hayden-Planetariums im Amerikanischen Museum für Naturkunde zeigt ein mögliches Beispiel dafür, wie allgegenwärtig Dunkle Materie in unserem Universum ist. Es stammt aus einer detailreichen Computersimulation, schwarz dargestellte komplexe Fasern aus Dunkler Materie im Universum sind wie Spinnweben verteilt. Die relativ seltenen Klumpen vertrauter baryonischer Materie sind orange gefärbt. Diese Simulation stimmt statistisch sehr gut mit den astronomischen Beobachtungen überein.

Noch gruseliger ist vielleicht, dass Dunkle Materie – obwohl sie an sich schon ziemlich seltsam ist und eine unbekannte Form hat – nicht mehr als die eigenartigste Gravitationsquelle im Universum gilt. Diese Ehre gebührt nun der Dunklen Energie, einer gleichförmigeren Quelle abstoßender Gravitation, die anscheinend die Expansion des gesamten Universums bestimmt.

Nicht nur Halloween: Heute ist Tag der Dunklen Materie
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Das Hubble Ultra-Deep Field in Licht und Ton

Vertonte Darstellung des Hubble Ultra Deep Field (HUDF).

Bildcredit: NASA, ESA, Hubble; Vertonung: G. Salvesen (UCSB); Daten: M. Rafelski et al.

Beschreibung: Habt ihr schon einmal vom Hubble Ultra-Deep Field gehört? Jedenfalls habt ihr davon sicherlich noch nie so wie hier gehört – klickt auf das Bild und hört zu! In den Jahren 2003-2004 wurde das Hubble Ultra-Deep Field (HUDF) mit dem Weltraumteleskop Hubble aufgenommen, das für eine sehr lange Zeit einen fast leeren Raum anstarrte, sodass ferne, blasse Galaxien sichtbar wurden.

Das HUDF ist eines der berühmtesten Bilder der Astronomie. Bei Klick auf das Bild wird es in einer sehr lebendigen Form präsentiert – mit vertonten Distanzen. Wenn ihr auf eine Galaxie zeigt, hört ihr einen Ton, die ihre ungefähre Rotverschiebung verrät. Weil die Rotverschiebung Licht zum roten Ende des Lichtspektrums verschiebt, werden die Töne hier mit einer Verschiebung zum tiefen Ende des Klangspektrums dargestellt. Je weiter die Galaxie entfernt ist, desto größer ist ihre kosmologische Rotverschiebung (sogar dann, wenn sie blau erscheint), und umso tiefer ist der abgespielte Ton.

Durchschnittlich sind Galaxien im HUDF etwa 10,6 Milliarden Lichtjahre entfernt und klingen wie ein F#. Welche ist die am weitesten entfernte Galaxie, die ihr findet?

Hinweis: Nicht alle Browser können die Vertonung abspielen.
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Simulation: Entstehung der ersten Sterne


Videocredit: Harley Katz (U. Oxford) et al.

Beschreibung: Wie entstanden die ersten Sterne? Um das herauszufinden, wurde die Computersimulation SPHINX für Sternbildung im sehr frühen Universum erstellt. Einige der Ergebnisse sind in diesem Video dargestellt. Die Zeit seit dem Urknall wird links oben in Millionen Jahre angezeigt.

Sogar 100 Millionen Jahre nach dem Urknall war die Materie im Kosmos zu gleichmäßig verteilt, als dass Sterne hätten entstehen können. Außer der Hintergrundstrahlung ist das Universum dunkel.

Bald beginnen leichte Materieklumpen mit viel Wasserstoff zu ersten Sternen zu verschmelzen. In diesem Zeitraffervideo steht violett für Gas, weiß für Licht und Gold für Strahlung, die so energiereich ist, dass sie Wasserstoff ionisiert und in geladene Elektronen und Protonen zerlegt. Die goldfarbenen Regionen zeigen auch die massereichsten Sterne, die als mächtige Supernovae enden. Der eingeschobene Kreis betont eine Zentralregion, aus der eine Galaxie entsteht. Die Simulation läuft, bis das Universum etwa 550 Millionen Jahre alt ist.

Um die Genauigkeit der SPHINX-Simulationen und die zugrunde liegenden Annahmen zu beurteilen, werden die Ergebnisse nicht nur mit aktuellen detailreichen Beobachtungen verglichen, sondern auch mit künftigen direkteren Beobachtungen des frühen Universums verglichen, die mit dem noch in Bau befindlichen NASA-Weltraumteleskop James Webb geplant sind.

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Kosmisch Latte: Die durchschnittliche Farbe des Universums

Die durchschnittliche Farbe des Universums ist Beige #FFF8E7 - oder auch Kosmisch Latte.

Farb-Credit: Karl Glazebrook und Ivan Baldry (JHU)

Welche Farbe hat das Universum? Genauer gesagt: Wenn man den ganzen Himmel gleichmäßig verschmiert, welche Farbe hätte die Mischung am Ende? Diese skurrile Frage stellte sich, als man herausfinden wollte, welche Art von Sternen in nahen Galaxien häufig vorkommen. Die Antwort lautet: Es ist eine leichte Schattierung von Beige. Der RGB-Farbcode für Computer ist #FFF8E7.

Das fanden Astronomen mithilfe einer der größten Stichproben an Galaxien heraus, die je untersucht wurde: die 200.000 Galaxien der 2dF-Durchmusterung. Der Mittelwert des Lichtes dieser Galaxien wurde rechnerisch ermittelt. Das so entstandene kosmische Spektrum enthält Emissionen aus allen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums. Doch es ergibt eine einzige wahrnehmbare Mischfarbe. Diese Farbe wurde im Laufe der letzten 10 Milliarden Jahre viel weniger blau. Das ist ein Hinweis, dass die Häufigkeit rötlicher Sterne zunimmt.

Ein Wettbewerb für einen besseren Namen der Farbe brachte Einträge wie skyvory oder univeige, doch der Sieger ist Kosmisch Latte.

Galerie: Bild-Einreichungen der großen Konjunktion an APOD

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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

Beschreibung: Spukt es in unserem Universum? Auf dieser Karte Dunkler Materie scheint es so. Die Gravitation unsichtbarer Dunkler Materie ist die führende Erklärung dafür, warum Galaxien so schnell rotieren, warum Galaxien auf ihren Bahnen in Galaxienhaufen so schnell sind, warum Gravitationslinsen Licht so stark ablenken und warum sichtbare Materie so verteilt ist, wie wir das beobachten – sowohl im lokalen Universum als auch im kosmischen Mikrowellenhintergrund.

Dieses Bild aus der schon älteren Weltraumschau „Dunkles Universum“ des Hayden Planetariums im Amerikanischen Museum für Naturgeschichte zeigt ein Beispiel, wie die alles durchdringende Dunkle Materie im Universum spuken könnte. Auf diesem Bild aus einer detailreichen Computersimulation sind schwarz abgebildete komplexe Fasern aus Dunkler Materie wie Spinnweben im Universum verteilt, während die relativ seltenen Klumpen aus vertrauter baryonischer Materie orange gefärbt sind. Diese Simulationen passen gut zu astronomischen Beobachtungen.

Eine vielleicht noch beängstigendere Wende der Ereignisse ist, dass Dunkle Materie – obwohl ziemlich seltsam und eine unbekannte Form – nicht mehr als seltsamste Quelle der Gravitation im Universum gilt. Diese Ehre gebührt der Dunklen Energie, einer gleichförmigeren Quelle abstoßender Gravitation, die nun anscheinend die Ausdehnung des gesamten Universums kontrolliert.

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