Die lokale Leere im nahen Universum

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Bildcredit: R. Brent Tully (U. Hawaii) et al.

Beschreibung: Wie sieht unsere Region des Universums aus? Da Galaxien so weit über den Himmel verteilt sind, und weil unsere Milchstraße einen Teil des fernen Himmels abdeckt, war es schwierig, das zu beurteilen. Doch nun wurde eine neue Karte erstellt, die aus großräumigen Galaxienbewegungen ableitet, welche massereichen Objekte im nahen Universum gravitativen Einfluss ausüben müssen.

Diese Karte hat eine Seitenlänge von mehr als 600 Millionen Lichtjahren und zeigt, dass unsere Galaxis am Rand des Virgo-Galaxienhaufens liegt, der mit dem großen Attraktor verbunden ist – einer noch größeren Galaxiengruppierung. In der Nähe befinden sich auch der massereiche Koma-Haufen und der ausgedehnte Perseus-Fische-Superhaufen.

Andererseits befinden wir uns auch am Rand einer riesigen Region, die fast frei von Galaxien ist, und die als lokale Leere bekannt ist. Der abstoßende Schub der lokalen Leere, kombiniert mit dem gravitativen Zug zur erhöhten Galaxiendichte auf der anderen Seite des Himmels, erklärt einen Teil der rätselhaft hohen Geschwindigkeit unserer Galaxis vor dem kosmischen Mikrowellenhintergrund – aber nicht zur Gänze.

Wenn Sie das lokale Universum selbst – wie von Cosmicflows-3 beschrieben- erforschen möchten, können Sie diese interaktive 3D-Visualisierung vergrößern und drehen.

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Gerüchte über ein dunkles Universum

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

Beschreibung: Vor 21 Jahren wurden erstmals Ergebnisse vorgestellt, die Hinweise lieferten, dass sich ein Großteil der Energie unseres Universums nicht in Sternen oder Galaxien befindet, sondern an den Raum selbst gebunden ist. Nach Ansicht der Kosmologen setzten neue Beobachtungen ferner Supernovae eine große kosmologische Konstante – Dunkle Energie – voraus.

Die Idee einer kosmologischen Konstante war nicht neu – es gibt sie seit Beginn der heutigen relativistischen Kosmologie. Solche Annahmen waren jedoch in der Regel nicht sehr verbreitet, weil die Dunkle Energie so anders war als die bekannten Bestandteile des Universums, außerdem schien die Menge an Dunkler Energie durch andere Beobachtungen begrenzt, und weniger seltsame Kosmologien hatten die Daten bis dahin ohne eine beträchtliche Menge an Dunkler Energie gut erklärt.

Das Besondere war hier die offenbar direkte und zuverlässige Beobachtungsmethode sowie der gute Ruf der Wissenschaftler, welche die Untersuchungen durchführen. Im Laufe von zwei Jahrzehnten sammelten unabhängige Arbeitsgruppen von Astronominnen und Astronomen weiterhin Daten, welche die Existenz Dunkler Energie und die das verstörende Ergebnis eines derzeit beschleunigt expandierenden Universums zu bestätigen scheinen.

2011 erhielten die Arbeitsgruppenleiter für ihre Arbeit den Nobelpreis für Physik. Dieses Bild einer Supernova, die 1994 in den Außenbereichen einer Spiralgalaxie zu beobachten war, wurde von einer dieser Forschungsgruppen aufgenommen.

Neu: APOD ist nun via Facebook in Hindi verfügbar.

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Planck-Karten des Mikrowellenhintergrundes

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Bildcredit: Europäische Weltraumorganisation, Planck Collaboration

Beschreibung: Woraus besteht unser Universum? Um das herauszufinden, startete die ESA den Satelliten Planck, der von 2009 bis 2013 so detailreich wie nie zuvor leichte Temperaturunterschiede auf der ältesten optischen Oberfläche kartierte, die wir kennen – dem Himmelshintergrund, der vor Milliarden Jahren übrig blieb, als unser Universum erstmals für Licht transparent wurde.

Dieser kosmische Mikrowellenhintergrund ist in allen Richtungen sichtbar. Es ist ein komplexer Bildteppich, der die beobachteten heißen und kalten Muster nur dort aufweist, wo das Universum aus bestimmten Arten von Energie besteht, die sich auf bestimmte Weise entwickelt haben. Letzte Woche wurden die endgültigen Ergebnisse veröffentlicht. Diese bestätigen erneut, dass ein Großteil unseres Universums aus rätselhafter, unbekannter Dunkler Energie besteht, und dass auch ein Großteil der verbleibenden Materienenergie seltsam dunkel ist.

Zusätzlich bestätigen die „finalen“ 2018er-Planckdaten eindrucksvoll, dass das Alter des Universums etwa 13,8 Milliarden Jahre beträgt, und dass die lokale Expansionsrate, die als Hubblekonstante bezeichnet wird, 67,4 (+/- 0,5) km/sec/Mpc beträgt. Seltsamerweise ist diese durch Beobachtung des frühen Universums ermittelte Hubblekonstante etwas niedriger ist als jene, die durch andere Methoden im späten Universum ermittelt wurde. Die dadurch entstehende Diskrepanz sorgt für viele Diskussionen und Mutmaßungen.

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Dunkle Materie in einem simulierten Universum

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

Beschreibung: Spukt es in unserem Universum?

Auf dieser Karte der Dunklen Materie sieht es fast so aus. Die Gravitation unsichtbarer Dunkler Materie ist die beste Erklärung dafür, warum Galaxien so schnell rotieren, warum Galaxien so schnell um Haufen kreisen, warum Gravitationslinsen Licht so stark ablenken und warum sichtbare Materie so verteilt ist, wie sie ist – sowohl im lokalen Universum als auch im kosmischen Mikrowellenhintergrund.

Dieses Bild aus der Weltraumschau „Das dunkle Universum“ des Hayden-Planetariums im American Museum of Natural History zeigt, wie die allgegenwärtige Dunkle Materie in unserem Universum spuken könnte. Auf diesem Bild aus einer detailreichen Computersimulation sind schwarz dargestellte, komplexe Fasern aus alles durchdringender Dunkler Materie wie Spinnennetze im Universum verteilt. Die relativ raren Klumpen aus vertrauter baryonischer Materie sind orange gefärbt.

Diese Simulationen stimmen statistisch gesehen gut mit astronomischen Beobachtungen überein. Etwas unheimlicher ist, dass Dunkle Materie – obwohl sie ziemlich seltsam ist und einer unbekannte Form hat – nicht mehr die seltsamste vermutete Quelle der Gravitation im Universum ist. Diese Ehre fällt nun der Dunklen Energie zu, einer homogeneren Quelle abstoßender Gravitation, welche die Ausdehnung des ganzen Universums zu bestimmen scheint.

Nicht nur Halloween: Heute ist Tag der Dunklen Materie
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Flug durch das Universum


Videocredit: M. A. Aragón (JHU), M. SubbaRao (Adler), A. Szalay (JHU), Y. Yao (LBN, NERSC) und die SDSS-III-Collaboration

Beschreibung: Wie wäre es, durch das Universum zu fliegen? Das vielleicht am besten simulierte Video, das das veranschaulicht, wurde aus kürzlich veröffentlichten Galaxiendaten der Sloan Digital Sky Survey erstellt. Jeder Punkt im obigen Video ist eine Galaxie, die Milliarden Sterne enthält. Viele Galaxien gehören zu riesigen Haufen, langen Filamenten oder kleinen Gruppen, während es auch ausgedehnte Lücken gibt, die kaum Galaxien enthalten. Der Film beginnt mit einem Flug mitten durch einen großen, nahen Galaxienhaufen und kreist später um das mithilfe der SDSS aufgenommene Universum – von der Erde etwa 2 Milliarden Lichtjahre entfernt (das entspricht einer Rotverschiebung von etwa 0,15). Analysen der Positionen und Bewegungen der Galaxien stützen die Annahme, dass unser Universum nicht nur die helle, sichtbare Materie enthält – Galaxien etwa -, sondern auch einen beträchtlichen Anteil an unsichtbarer Dunkler Materie und Dunkler Energie.

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Hinweise auf einen riesigen Hohlraum im fernen Universum

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Illustrationscredit: Bill Saxton, U. Minnesota, NRAO, AUI, NSF NASA

Beschreibung: Wie entstand diese schier unermessliche Leere im Universum? Niemand weiß das genau, und sogar die Ausdehnung der Leere von schätzungsweise einer Milliarde Lichtjahre wird noch untersucht. Diese Leere ist kein Loch im Raum wie etwa ein Schwarzes Loch, sondern anscheinend eher eine riesige Region im Universum, die weitgehend frei von normaler (baryonscher) Materie und sogar von Dunkler Materie ist. Vermutlich enthält sie jedoch Dunkle Energie und ist offensichtlich lichtdurchlässig.

Die Existenz dieses Hohlraums wurde postuliert, nachdem es Spekulationen darüber gab, warum auf der Karte von WMAP in der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (CMB) ungewöhnlich kalte Stellen auftreten. Eine Möglichkeit wäre, dass diese CMB-Region nicht wirklich sehr kalt ist, sondern das Licht an dieser Stelle auf irgendeine Weise weniger rotverschoben ist, als es eigentlich sein müsste.

Es sind auch andere Hohlräume im Universum bekannt, doch diese Leere scheint einen ungewöhnlichen Gravitationseinfluss auszuüben und ist daher vermutlich die größte derartige Stelle im gesamten sichtbaren Universum. Weitere Forschungen ergaben kürzlich, dass sich zwischen der Erde und dieser kalten Stelle in der Hintergrundstrahlung ungewöhnlich wenige kosmische Radioquellen befinden, was zur Schlussfolgerung auf diese riesige Leere führte. Oben sehen Sie eine künstlerische Illustration der riesigen kosmischen Leere.

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