Während ihr an eurem Kosmisch-Latte nippt, seht ihr 100 Bilder des Weltraumteleskops Hubble gleichzeitig. Die bekanntesten Szenen im Kosmos wurden im niedrigen Erdorbit abgebildet und digital zu dieser Collage kombiniert.
Dafür wurden die besten 100 Bilder von Hubble ausgewählt und auf identische Pixelmaße skaliert. An jedem Punkt wurden die 100 Pixelwerte vom niedrigsten zum höchsten Wert sortiert. Für das Ergebnisbild wurde der mittlere Wert oder Median ausgewählt. Das kombinierte Bild ist eine visuelle Abstraktion. Es ist Licht aus dem Universum, umgeben von Dunkelheit.
Wie stark unterscheiden sich Raum und Zeit in einem sehr kleinen Maßstab? Im Bereich der winzigen Planck-Einheiten treten Quanteneffekte in den Vordergrund, die normalerweise nicht wahrnehmbar sind. Um diesen ungewohnten Bereich zu erforschen, nahm ein neu entwickeltes Instrument seinen Betrieb auf. Es wird als Holometer bezeichnet und befindet sich am Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab). Das Fermilab befindet sich in der Nähe von Chicago im US-Bundesstaat Illinois.
Das Instrument soll herausfinden, ob leichte, gleichzeitige Erschütterungen eines Spiegels in zwei Richtungen einen Grundtyp holografischer Schwankungen zutage fördern, der immer einen Mindestwert übersteigt. Oben seht ihr einen Endspiegel des Holometer-Prototyps.
Die Entdeckung eines holografischen Rauschens wäre sicherlich bahnbrechend. Doch die Abhängigkeit solcher Schwankungen von einer spezifischen Laborlängenskala würde manche Leute, die sich für die Raumzeit interessieren, überraschen.
Ein Grund dafür ist die Lorentz-Invarianz, die in Einsteins spezieller Relativitätstheorie postuliert wurde. Sie besagt, dass alle Längenskalen relativ zu einem bewegten Beobachter verkürzt erscheinen, sogar die winzige Planckskala. Das Experiment ist einzigartig. Viele warten neugierig, was dabei herauskommt.
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.
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.
Die Hintergrundstrahlung ist Licht, das vor 13,8 Milliarden Jahren abgestrahlt wurde. Damals wurde das Universum erstmals durchsichtig. Diese frühen Wirbelmuster werden als B-Modus-Polarisationen bezeichnet. Sie können direkt auf Druck- und Dehnungseffekte zurückgeführt werden. Diese Effekte üben Gravitationswellen auf Elektronen aus, die Photonen abstrahlen.
Die überraschenden Ergebnisse fand man in Daten des Mikrowellen-Observatoriums Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization 2 (BICEP2). Das Observatorium steht nahe beim Südpol. BICEP2 ist die Schüsselantenne auf dem Gebäude.
Der Bildeinschub zeigt eine Mikrowellen-Himmelskarte. Die schwarzen Polarisationsvektoren wirbeln scheinbar um die farbigen Temperaturspitzen. Die Schlussfolgerungen sind zwar statistisch schlüssig. Doch sie bleiben umstritten, solange man in unabhängigen Beobachtungen nach einer Bestätigung sucht.
Wie sieht das Universum im kleinen Maßstab aus? Oder im großen? Das Universum sieht in jeder Größenordnung, welche die Menschheit erkundet hat, ganz anders aus. Zum Beispiel ist – unserer Kenntnis nach – jedes winzige Proton genau gleich. Doch jede riesige Galaxie sieht anders aus.
Betrachten wir vertrautere Größenordnungen. Die Oberfläche eines kleinen Glastisches ist für eine Staubmilbe eine gewaltige, seltsam glatte Ebene, manchmal von Zellbrocken übersät. Nicht alle Längenmaßstäbe sind gut untersucht. Zum Beispiel wird erforscht, was mit den winzigen Tröpfchen beim Niesen geschieht. Das Ergebnis hilft vielleicht, die Ausbreitung von Krankheiten einzudämmen.
Diese interaktive Fash-Animation ist eine moderne Version des klassischen Videos Zehn hoch. Es zeigt einen neuen Blick auf viele bekannte Größenordnungen im Universum. Wenn ihr den Scrollbalken am unteren Rand verschiebt, seht ihr eine Vielfalt an Größenordnungen. Ein Klick auf ein einzelnes Objekt zeigt seine Beschreibung.
Videocredit:NASA, ESA, F. Summers, Z. Levay, L. Frattare, B. Mobasher, A. Koekemoer und das HUDF-Team (STScI)
Wie sieht es aus, wenn man durch das ferne Universum fliegt? Ein Team Weltraumforschender wollte das herausfinden. Dazu schätzten sie die relativen Entfernungen von mehr als 5000 Galaxien in einem der am weitesten entfernten Galaxienfelder, die je fotografiert wurden: dem Hubble Ultra Deep Field (HUDF).
Licht braucht extrem lange, um das Universum zu durchqueren. Daher sind die meisten Galaxien im Video noch im Prozess der Entstehung. Das Universum hatte damals nur einen Bruchteil seines aktuellen Alters erreicht. Viele Galaxien sind daher ungewöhnlich geformt, wenn man sie mit aktuellen Galaxien vergleicht. Hier existieren noch keine voll entwickelten Spiralgalaxien wie unsere Milchstraße oder die Andromedagalaxie.
Die Spiralgalaxie NGC 3370 ist fast gleich groß wie unsere Milchstraße und hat einen ähnlichen Aufbau. Sie ist etwa 100 Millionen Lichtjahre entfernt und liegt im Sternbild Löwe. Die schöne Spirale ist von oben sichtbar. Die Advanced Camera for Surveys (ACS) des Weltraumteleskops Hubble bildete die Galaxie sehr detailreich ab. Sie ist ein Blickfang. Das scharfe Bild zeigt auch einige Galaxien im Hintergrund im fernen Universum.
Die Bilddaten von NGC 3370 erwiesen sich als scharf genug, um einzelne veränderliche Sterne zu untersuchen, die als Cepheiden bekannt sind. Mit diesen kann man die Entfernung dieser Galaxie genau bestimmen. NGC 3370 wurde für diese Untersuchung ausgewählt, weil sich 1994 darin eine gut erforschte Sternexplosion ereignete – eine Supernova vom Typ Ia.
Wenn man die Entfernung, die anhand der Cepheiden-Messungen bestimmt wurde, und die Standardkerzen-Supernova mit Beobachtungen weiter entfernter Supernovae kombiniert, kann man die Größe und Ausdehnungsrate des ganzen Universums kalibrieren.
