Schlagwort: Universum

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Die Größenordnung des Universums – interaktiv!

Credit und Rechte der Flash-Animation: Cary und Michael Huang

Wie sieht das Universum auf einer kleinen Skala aus? Oder im großen Maßstab? Die Menschheit entdeckt, dass das Universum in jeder Größenordnung, die erforscht wird, ein ganz anderer Ort ist. Zum Beispiel ist unseres Wissens jedes winzige Proton exakt gleich, doch jede riesige Galaxie ist anders. Oder – in vertrauteren Größenordnungen – eine für einen Menschen kleine Glastischoberfläche ist für eine Staubmilbe eine gewaltige, seltsam glatte Ebene, die möglicherweise von Zellbrocken übersät ist.

Nicht alle Skalenlängen sind gut erforscht. Was zum Beispiel mit den winzigen Tröpfchen geschieht, die beim Niesen ausgeworfen werden, wird noch erforscht. Das Wissen darüber kann nützlich sein, um die Ausbreitung von Krankheiten zu stoppen.

Diese interaktive Animation ist eine aktuelle Version des klassischen Videos Zehn hoch. Es bietet ein neues Fenster zu vielen bekannten Größenordnungen unseres Universums. Wenn ihr den Balken am unteren Rand schiebt, seht ihr eine Vielfalt an Größenordnungen. Ein Klick auf einzelne Objekte liefert Informationen darüber.

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Nobelpreis für ein seltsames Universum

In der Mitte leuchtet ein helles Galaxienzentrum, das von viel Staub umgeben ist. Wir sehen die Galaxie schräg von der Seite. Vorne verläuft ein breiter Staubwulst, der die Galaxie vorne verdeckt.

Credit: High-Z Supernova Search Team, HST, NASA

Vor dreizehn Jahren wurden erstmals Ergebnisse präsentiert, die zeigen, dass die meiste Energie in unserem Universum nicht in Sternen oder Galaxien steckt. Stattdessen ist sie an den Raum selbst gebunden. In der Kosmologie heißt das: Die Beobachtungen ferner Supernovae lassen auf eine große kosmologische Konstante schließen.

Vorschläge einer kosmologischen Konstante (Lambda) sind nicht neu. Es gibt sie seit Beginn der modernen relativistischen Kosmologie. Diese Vorschläge waren jedoch unter Astronomen* meist nicht sehr beliebt: Lambda ist den bekannten Komponenten des Universums sehr unähnlich, Lambdas Wert schien durch andere Beobachtungen begrenzt und schließlich konnten schon vorher Kosmologien, die weniger seltsam waren, die beobachteten Daten auch ohne Lambda gut erklären.

Interessant ist dabei die anscheinend direkte und zuverlässige Methode der Beobachtungen sowie der gute Ruf der Forschenden, welche die Untersuchungen leiteten. Im Lauf der letzten dreizehn Jahre sammelten unabhängige Gruppen von Astronominnen* weiterhin Daten, welche die Existenz Dunkler Energie und das verwirrende Ergebnis einer derzeit beschleunigten Expansion des Universums anscheinend bestätigten.

Dieses Jahr wurden die Leiter dieser Gruppen für ihre Arbeit mit dem Physiknobelpreis ausgezeichnet. Eine dieser Gruppen nahm dieses Bild der Supernova SN 1994D auf, die 1994 am äußeren Rand der Spiralgalaxie NGC 4526 beobachtet wurde.

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Film mit Dunkler Materie aus der Bolshoi-Simulation

Video-Credit: A. Klypin (NMSU), J. Primack (UCSC) et al., Chris Henze (NASA Ames), Pleiaden-Supercomputer der NASA; Musik (© 2002): Her Knees Deep in Your Mind von Ray Lynch

Stellt euch vor, ihr könnt durch das Universum fliegen und Dunkle Materie sehen! An der Technologie für so einen Flug wird noch gearbeitet. Doch der Technik gelang mit Abschluss der Bolshoi-Kosmologie-Simulation ein großer Schritt bei der Visualisierung so eines Flugs. Nach 6 Millionen CPU-Stunden warf der siebtschnellste Supercomputer der Welt viele wissenschaftliche Neuheiten aus. Eine davon war diese Flugsimulation.

Am Beginn stand eine relativ gleichmäßige Verteilung der Dunklen Materie im frühen Universum. Diese sieht man am Mikrowellenhintergrund und anderen großen Datensätzen des Himmels. Die Bolshoi-Simulation folgte mit dem kosmologischen Standardmodell der Entwicklung des Universums bis zur Jetztzeit. Die Simulation seht ihr oben.

Die hellen Punkte im Video sind Knoten aus eigentlich unsichtbarer Dunkler Materie. Viele Knoten enthalten normale Galaxien. Markant sind lange Fasern und Galaxienhaufen. Sie werden von der Gravitation der Dunklen Materie bestimmt. Statistische Vergleiche zwischen Bolshoi und Himmelskarten von Galaxien zeigen eine hohe Übereinstimmung.

Die Bolshoi-Simulation stützt zwar das Vorhandensein Dunkler Materie. Doch viele Fragen zum Universum bleiben offen: Wie ist Dunkle Materie zusammengesetzt? Was ist die Natur der Dunklen Energie? Wie entstanden die ersten Sterngenerationen und Galaxien?

Astrophysik: Sucht in der Astrophysics Source Code Library
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VAR!

Links ist die Andromedagalaxie abgebildet, ein Bildausschnitt aus der Mitte ist rechts unten vergrößert schwarzweiß dargestellt. Rechts oben ist ein Sternfeld mit einem eingekreisten Stern.

Credit: E. Hubble, NASA, ESA, R. Gendler, Z. Levay und das Hubble-Vermächtnisteam

Beschreibung: Als Edwin Hubble in den 1920er-Jahren Fotoplatten des 100-Zoll-Teleskops vom Mount-Wilson-Observatorium untersuchte, bestimmte er die Entfernung des Andromedanebels. Damit wies er eindeutig die Existenz von Galaxien außerhalb der Milchstraße nach.

Der Einschub rechts unten zeigt seine Anmerkung auf der historischen Platte. Die Abbildung wurde mit erdgebundenen Aufnahmen der Region und Bildern des Weltraumteleskops Hubble ergänzt. Diese Ergänzungen entstanden fast 90 Jahre später.

Hubble verglich verschiedene Platten und suchte dabei nach Novae. Eine Nova ist ein Stern, bei dem die Helligkeit plötzlich ansteigt. Hubble fand mehrere Novae auf dieser Platte und markierte sie mit „N“.

Als Hubble später entdeckte, dass ein Stern in der rechten oberen Ecke (er ist mit Linien markiert) in Wirklichkeit ein veränderlicher Stern aus der Klasse der Cepheiden war, strich er das „N“ durch und notierte „VAR!“. Cepheiden sind regelmäßig pulsierende Sterne.

Dank der Arbeit der Harvard-Astronomin Henrietta Swan-Leavitt dienen Cepheiden heute als Standardkerzen zur Entfernungsbestimmung im Universum. Als Hubble so einen Stern erkannte, konnte er zeigen, dass Andromeda kein kleiner Haufen aus Sternen und Gas in unserer Milchstraße ist, sondern eine riesige, eigenständige Galaxie, die beträchtlich von der Milchstraße entfernt ist.

Hubbles Entdeckung begründete unsere Vorstellung eines mit Galaxien gefüllten Universums.

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Das nahe Universum

Die Karte der 2MASS-Durchmusterung der Rotverschiebung zeigt den ganzen Himmel. Waagrecht auf der ovalen Karte verläuft die Milchstraße, am Rand sind viele bekannte Objekte gelistet und mit Pfeilen auf der Karte markiert.

Credit: 2MASS, T. H. Jarrett, J. Carpenter und R. Hurt

Beschreibung: Wie sieht das Universum in unserer Umgebung aus? Diese Karte zeigt fast 50.000 Galaxien im nahe gelegenen Universum, die mit der Zwei-Mikron-Ganzhimmelsdurchmusterung (2MASS) im Infrarotlicht entdeckt wurden. Das Ergebnis ist eine unglaubliche Tapisserie aus Galaxien. Sie zeigt die Grenzen, innerhalb derer das Universum entstand und entwickelte.

Das dunkle waagrechte Band in der Bildmitte entsteht durch den Staub in der Ebene unserer Milchstraße. Jeder Punkt, der etwas von der galaktischen Ebene entfernt ist, zeigt jedoch eine Galaxie, deren Farbe die Entfernung zeigt. Blauere Punkte stehen für näher gelegene Galaxien in der 2MASS-Durchmusterung, rötlichere Punkte zeigen die weiter entfernten Galaxien, sie weisen eine Rotverschiebung von etwa 0,1 auf.

Am Rand sind Strukturen mit Namen beschriftet. Viele Galaxien sind durch Gravitation aneinander gebunden und bilden Haufen. Diese Haufen bilden ihrerseits lose Superhaufen. Diese wiederum sind manchmal von sogar noch größeren Strukturen überlagert.

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Visuelle Eindrücke: Wunder des Universums

Credit und Videorechte: Burrell Durrant Hifle Design und Direction Limited; Musik: Timo Baker

Beschreibung: Welche visuellen Eindrücke sind in diesem Video zu sehen? Die Darstellungen wurden von BDH für die BBC-Fernsehsendung Wunder des Universums erstellt, sind aber in einer Version, die bei Vimeo veröffentlicht wurde, nicht beschriftet.

Einige Standbilder sind im Video leicht erkennbar, zum Beispiel die Hubble-Bilder des Carina-Nebels bei Minute 2:22, der Krebsnebel bei 7:45 und der Katzenaugennebel bei Minute 8:16. Etwa bei Minute 4:00 wird von einer Spiralgalaxie weggeschwenkt, bis nach Minute 5:00 sind Ansichten der Spirale zu sehen. Pulsare und Supernovae nehmen ab Minute 9:00 überhand. Doppelsternsysteme mit einem Pulsar und einer Akkretionsscheibe erscheinen ab Minute 14:30.

Danach glitzern im computeranimierten Video unbekannte Sterne und Planeten, und es gibt Abschnitte, bei denen unbekanntes Gas zu unbekannten Orten fließt. Was zum Beispiel ist bei Minute 13:00 dargestellt? Um eine Begleiterklärung für das Video zu erstellen, könnt ihr an der APOD-Diskussion teilnehmen.

(Hinweis: Der ursprüngliche Link aus der Original-Veröffentlichung ist nicht mehr aktiv und wurde in der übersetzten Version geändert.)

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Die kalte CMB-Stelle

Eine ovale Scheibe mit der Grundfarbe Cyan ist von grünen, gelben, dunkelblauen und wenigen roten Flecken übersät.

Credit: WMAP-Wissenschaftsteam, NASA

Beschreibung: Wie konnte ein Teil des frühen Universums so kalt sein? Niemand weiß das mit Sicherheit. Viele Forschende glauben, dass die kalte Stelle in der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (CMB) nicht besonders ungewöhnlich ist. Als das frühe Universum sich ausdehnte und abkühlte, wurde es plötzlich und vorhersagbar transparent.

Die Photonen, die aus dieser Epoche zu uns kommen, sind überall um uns herum als kosmische Hintergrundstrahlung zu sehen. Nun ist dieses Strahlungsfeld zwar ziemlich gleichförmig, es hat aber etwas wärmere und kühlere Stellen, die uns viel über das frühe Universum verraten, in dem der Hintergrund geprägt wurde. Bis auf vielleicht eine Stelle.

Die oben gezeigte Karte des ganzen Himmels wurde von WMAP im Laufe von 7 Jahren erstellt. Die darauf erkennbare kalte Stelle in der Hintergrundstrahlung fiel auf, weil sie vielleicht zu groß und zu kalt ist, um leicht erklärt werden zu können. Zu den Vermutungen zählen spektakuläre Hypothesen wie eine riesige Leere, eine kosmische Textur oder sogar Quantenverschränkung mit einem Paralleluniversum.

Gut möglich ist aber auch, dass man sogar in einem gewöhnlicheren Universum eine solche statistische Eigenart erwarten kann. Daher sagen die Erklärungen der kalten CMB-Stelle vielleicht mehr über die menschliche Phantasie aus als über das frühe Universum.

Habt ihr ihn gesehen? Supermond-Fotogalerie
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Zehn Hoch

Credit und Videorechte: Charles und Ray Eames (Eames Office)

Beschreibung: Wie unterscheidet sich das Universum im kleinen, im mittleren und im großen Maßstab? Der berühmteste Wissenschafts-Kurzfilm seiner Zeit zeigt spannende Vergleiche. Der Film „Zehn Hoch“ aus den 1960er-Jahren wurde nun offiziell auf YouTube veröffentlicht. Mit Klick auf das Bild könnt ihr das neun Minuten lange Video abspielen.

Von einer Picknick-Decke in der Nähe von Chicago geht es hinaus ins All, vorbei am Virgo-Galaxienhaufen. Alle zehn Sekunden zeigt der Film ein Quadrat, das an jeder Kante zehnmal größer ist als das vorige. Dann läuft das Video zurück, verkleinert das Bild alle zwei Sekunden um den Faktor zehn und endet schließlich im Inneren eines einzelnen Protons.

Der Ablauf von „Zehn-Hoch“ basiert auf dem Buch „Cosmic View“ von Kees Boeke aus dem Jahr 1957, wie auch der ähnliche, aber großteils animierte Film „Cosmic Zoom„, der ebenfalls Ende der 1960er-Jahre entstand. Die sich ändernden Perspektiven sind so faszinierend, dass Teile davon mithilfe moderner Computertechnik nachempfunden wurden, etwa in den ersten Minuten des Films „Contact“ oder in dem kurzen Digitalvideo „The Known Universe„, das letztes Jahr für das Amerikanische Museum für Naturgeschichte erstellt wurde.

Ray und ihr Ehemann Charles, die Produzenten des Films, waren ziemlich visionär und erfanden auch einen eigenen bekannten Stuhl.

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