Pauli-Prinzip: Warum wir nicht implodieren

Im Bild sind zwei Spalten, links Bosonen, rechts Fermionen, darunter sind drei unterschiedlich große linsenförmige Farbflecken, die am Rand bläulich, nach innen hin gelblich und in der Mitte rot schimmern. Die Temperatur ist oben am höchsten und unten am niedrigsten. Oben sind die breitesten Farbflecken, unten die schmalen, wobei unten die Bosoonen-Linse viel kleiner ist als die Fermionen-Linse.

Credit und Bildrechte: Andrew Truscott und Randall Hulet (Rice U.)

Beschreibung: Warum klumpt Materie nicht? Das gleiche Prinzip, das den Kollaps von Neutronensternen und Weißen Zwergen verhindert, bewahrt auch Menschen vor der Implosion und macht gewöhnliche Materie zum fast leeren Raum.

Der Grund dafür, den man beobachten konnte, ist das paulische Ausschlussprinzip. Dieses Prinzip besagt, dass identische Fermionen – eine Art Elementarteilchen – bei gleicher Ausrichtung nicht zur selben Zeit am selben Ort sein können. Die andere Art von Materie – Bosonen – haben diese Eigenschaft nicht, wie durch in jüngster Zeit erzeugte Bose-Einstein-Kondensate gezeigt werden konnte.

Zu Beginn dieses Jahrzehnts wurde das paulische Ausschlussprinzip im Bild oben in Form von Wolken zweier Lithiumisotope graphisch dargestellt. Die linke Wolke enthält Bosonen, während die rechte Wolke aus Fermionen besteht. Wenn die Temperatur fällt, bündeln sich die Bosonen, während die Fermionen auf Distanz bleiben.

Der Grund für das paulische Ausschlussprinzip und die physikalischen Grenzen des Prinzips sind nach wie vor unbekannt.

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Endeavour in der Dämmerung

Über diesen Nachthimmel mit kurzen Strichspuren von Sternen ziehen die Internationale Raumstation und die Raumfähre Endeavour helle, fast senkrechte Streifen am Nachthimmel.

Credit und Bildrechte: Malcolm Park

Beschreibung: Am 21. Februar flogen die Raumfähre Endeavour und die Internationale Raumstation (ISS) kurz vor der Dämmerung über Whitby im kanadischen Ontario über den Himmel. Beide sind zusammen mit Strichspuren auf dieser lang belichteten Aufnahme zu sehen.

Die Endeavour flackerte 350 Kilometer über der Erde im Sonnenlicht und flog der ISS in einem Bogen über dem Horizont ein kleines Stück voraus. Doch die hellere Spur und das hellere Flackern gehört zur Raumstation, die gerade von der Endeavour besucht wurde. Das Bild entstand kurz vor Ende der Mission STS-130. Nur Stunden später landete die Endeavour am Kennedy-Raumfahrtzentrum bei einer Nachtlandung.

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Jagd auf Carina

Links unten und rechts oben leuchten lebhafte rote Emissionsnebel, vermischt mit dunklen Staubwolken, vor einem Hintergrund aus dicht gedrängten matten Sternen.

Credit und Bildrechte: Dieter Willasch

Beschreibung: Der Carinanebel, auch als NGC 3372 bekannt, ist ein Juwel des südlichen Himmels. Er reicht über mehr als 300 Lichtjahre und steht auf dieser ausgedehnten Himmelslandschaft rechts oben. Er ist viel größer als der nördlichere Orionnebel. Der Carinanebel ist eine der größten Sternbildungsregionen in unserer Galaxis und enthält junge, extrem massereiche Sterne, darunter den immer noch rätselhaften Veränderlichen Eta Carinae, ein Stern mit mehr als 100 Sonnenmassen.

Zu den Nebeln in der Mitte dieses 10 Grad breiten Feldes gehören NGC 3576 und NGC 3603. Bei der oberen Bildmitte steht der offene Sternhaufen NGC 3532, der Wunschbrunnenhaufen. Der kompaktere NGC 3766, der Perlenhaufen, ist links zu erkennen. Links unten auf diesem kosmischen Gemälde ist eine weitere riesige Sternbildungsregion, IC 2948 mit dem eingebetteten Sternhaufen IC 2944. Diese Region ist landläufig als Running-Chicken-Nebel bekannt.

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Von der Kante zu sehen: Spiralgalaxie NGC 891

Schräg im Bild liegt eine von der Kante sichtbare Spiralgalaxie. Durch die Mitte läuft eine markante dunkle Staubbahn. Im Hintergrund sind unterschiedlich helle Sterne lose verteilt.

Credit und Bildrechte: Bob Franke

Beschreibung: Dieses schöne kosmische Porträt zeigt NGC 891. Die Spiralgalaxie ist etwa 100.000 Lichtjahre breit, wir sehen sie fast genau von der Kante. NGC 891 ist etwa 30 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Andromeda und sieht unserer Milchstraße sehr ähnlich. Auf den ersten Blick hat sie eine flache, dünne galaktische Scheibe und eine zentrale Wölbung, die in der Mitte von dunklem, blickdichtem Staub durchschnitten ist.

Durch die Kantenstellung von NGC 891 sind auch Fasern aus Staub sichtbar, die Hunderte Lichtjahre über und unter die Zentrallinie reichen. Der Staub wurde wahrscheinlich von Supernovaexplosionen oder intensiver Sternbildungsaktivität aus der Scheibe hinausgeblasen. In der Nähe der Galaxienscheibe leuchten auch zarte Nachbargalaxien.

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Astronaut montiert Panorama-Weltraumfenster

Ein Astronaut hängt außen an der Cupola der Internationalen Raumstation. Im Hintergrund leuchtet rechts unten die Erde, sie füllt fast das halbe Bildfeld.

Credit: ISS-Besatzung der Expedition 22, STS-130-Besatzung der Raumfähre Endeavour, NASA

Beschreibung: Die Weltraumaufgabe war fast beendet. Der Astronaut Nicholas Patrick schwebte unter der Internationalen Raumstation und vollendete letzte Woche die Feinarbeit am neu installierten Weltraumfenster Cupola. Patrick war als Missionsspezialist an Bord der kürzlich abgeschlossenen Mission STS-130 der Raumfähre Endeavor zur ISS.

Das Bild zeigt, wie Patrick am unteren von sieben Fenstern der neuen Cupola schwebt, die am eben erst montierten Tranquility-Modul angebracht wurde. Patrick schwebt etwa 340 Kilometer über der Erdoberfläche vor dem blauen Himmel, blauem Wasser und weißen Wolken im Hintergrund. Auf den Fenstern drei und vier sind beschriftete Abdeckungen angebracht. Es gibt inzwischen auch Bilder vom Inneren der neuen Panoramakuppel der ISS.

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Ungewöhnliche Raketenwellen zerstören eine Nebensonne

Am blauen Himmel sind Cirruswolken, in der Mitte eine startende Rakete, von der Dichtewellen ausgehen. Rechts oben ist ein Halo.

Credit und Bildrechte: George C. Privon (U. Virginia)

Beschreibung: Wie entstanden diese Raketenwellen, und warum zerstörten sie die Nebensonne? Eine genaue Betrachtung dieses Bildes zeigt nicht nur eine Rakete, die nahe der Bildmitte aufsteigt, sondern auch ungewöhnliche Luftwellen darum herum und rechts eine farbge Nebensonne.

Die Rakete startete vor zwei Wochen mit dem Solar Dynamics Observatory (SDO) an Bord von Cape Canaveral in Florida (USA) in einen kalten, blauen Himmel. Das SDO soll in den nächsten Jahren kontinuierlich die Sonne beobachten und die Sonnenatmosphäre in hoher Auflösung und kurzen Zeitskalen erforschen.

Die Luftwellen – oben etwa eine Minute nach dem Start – traten unerwartet auf, ebenso wie das plötzliche Verschwinden der Nebensonne, nachdem die Wellen vorbeigelaufen waren. Sie wurden von mehreren Zusehern beobachtet und aufgezeichnet, und es gibt viele Vermutungen über den Ursprung der Luftwellen. Ihr könnt einer laufenden Diskussion darüber im APOD-Diskussionsforum Asterisk teilnehmen. Eine wahrscheinliche Annahme besagt, dass die Wellen von einem Schallknall stammen, der entstand, als die Rakete die Schallmauer durchbrach. Dadurch wurde eine dünne Schicht aus Eiskristallen, welche die Nebensonne erzeugten, durcheinander gewirbelt.

Es bleibt jedoch die Frage, warum bei anderen Raketenstarts keine Luftwellen wie diese beobachtet wurden, und warum die Wellen oberhalb der Rakete deutlicher zu sehen waren. Wenn ihr Bilder eines Flugzeugs oder einer Rakete kennt, die ähnliche Luftwellen erzeugten, fügt diese bitte der Diskussion hinzu – vielleicht kann man mit diesen den Effekt besser erklären.

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Galaxiengruppe Hickson 31

Links sind zwei größere unregeläßige Galaxien und eine kleinere, regelmäßige Spiralgalaxie, rechts unten eine kleine, helle Galaxie, und unter der Mitteleuchtet ein Stern.

Credit: NASA, ESA, J. English (U. Manitoba) und das Hubble-Vermächtnisteam (STScI/AURA); Danksagung: S. Gallagher (U. Western Ontario)

Beschreibung: Wird diese galaktische Kollisionen mit einer großen elliptischen Galaxie enden? Ziemlich wahrscheinlich, aber nicht in der nächsten Milliarde an Jahren. Oben sind mehrere Zwerggalaxien der Hickson Compact Group 31 abgebildet, die langsam verschmelzen.

Links kollidieren zwei der helleren Galaxien, eine langgezogene Galaxie ist durch eine ungewöhnliche Brücke aus Sternen mit ihnen verbunden. Wenn man das Bild genau betrachtet, wird erkennbar, dass das helle Duo eine Spur aus Sternen hinter sich herzieht, die nach rechts zur Spiralgalaxie führt.

Sehr wahrscheinlich werden die abgebildeten Galaxien der Hickson Compact Group 31 einander durchdringen und zerstören, dabei entstehen und explodieren Millionen Sterne, und Tausende Nebel entstehen und lösen sich wieder auf, bevor sich der Staub legt und in etwa einer Milliarde Jahre daraus eine Galaxie entsteht.

Das Bild ist ein Komposit aus Bildern, die vom Weltraumteleskop Spitzer im Infrarotlicht, vom Weltraumteleskop GALEX im Ultraviolettlicht und vom Weltraumteleskop Hubble im sichtbaren Licht aufgenommen wurden.

Die Hickson Compact Group 31 ist etwa 150.000 Lichtjahre breit und liegt etwa 150 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Eridanus.

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NGC 2440: Kokon eines neuen Weißen Zwergs

Im Bild leuchtet ein weißlicher Nebel, der an die Iris in einem Auge erinnert. In der Mitte leuchtet ein einzelner rötlich umrandeter Stern.

Credit: H. Bond (STScI), R. Ciardullo (PSU), WFPC2, HST, NASA

Beschreibung: Wie ein Schmetterling beginnt ein weißer Zwergstern sein Leben, indem er einen Kokon abstreift, der sein früheres Selbst begrenzte. In dieser Analogie wäre die Sonne eine Raupe, und die abgestoßene Hülle aus Gas wird zur schönsten von allen! Dieser Kokon, der planetarische Nebel mit der Bezeichnung NGC 2440, enthält einen der heißesten weißen Zwergsterne, die wir kennen. Der weiße Zwerg ist der helle Punkt nahe der Bildmitte. Vielleicht wird auch unsere Sonne zu einem Weißen Zwergschmetterling, nicht aber im Lauf der nächsten 5 Milliarden Jahre. Dieses Falschfarbenbild wurde von Forrest Hamilton nachbearbeitet.

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