Die kalte CMB-Stelle

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Credit: WMAP Science Team, NASA

Beschreibung: Wie konnte ein Teil des frühen Universums so kalt sein? Niemand weiß das mit Sicherheit, und viele Astronomen glauben nun, dass die kalte Stelle in der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (CMB) nicht besonders ungewöhnlich ist. Da das frühe Universum sich ausdehnte und abkühlte, wurde es plötzlich und vorhersagbarerweise transparent. Die Photonen, welche aus dieser Epoche zu uns kommen, sind überall um uns herum als CMB zu sehen. Nun ist dieses Strahlungsfeld zwar ziemlich einheitlich, hat aber etwas wärmere und kühlere Stellen, die uns viel über das frühe Universum verraten, das sie geprägt haben könnte. Bis auf vielleicht eine Stelle. Diese kalte CMB-Stelle in der Hintergrundstrahlung auf der oben gezeigten Karte des ganzen Himmels, die von WMAP im Laufe von 7 Jahren erstellt wurde, fiel auf, weil sie möglicherweise zu groß und zu kalt ist um leicht erklärt werden zu können. Unter den veröffentlichten Vermutungen fanden sich spektakuläre Vorläuferhypothesen wie eine riesige Leere, eine kosmische Textur oder sogar eine Quantenverschränkung mit einem Paralleluniversum. Gut möglich ist aber auch, dass man sogar von einem gewöhnlicheren Universum eine solche statistische Eigenart erwarten könnte, daher sagen Erklärungen der kalten CMB-Stelle wie diese vielleicht mehr über die menschliche Phantasie aus als über das frühe Universum.

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Mikrowellenmilchstraße

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Credit: ESA, Planck HFI- und LFI-Arbeitsgruppen

Beschreibung: Die Milchstraße breitet sich von der Kantenperspektive aus gesehen über die Mitte dieser Falschfarben-Ansicht des ganzen Himmels aus. Die ausgedehnte Mikrowellenkarte basiert auf Daten, die im Laufe eines Jahres mit den Instrumenten an Bord der Raumsonde Planck, die den Himmel durchmustert, gewonnen wurden. Die hellen Streifen aus Gas- und Staubwolken entlang der galaktischen Ebene und die riesigen gewölbten Strukturen der Galaxis, die im Mikrowellenenbereich zu sehen sind, sind Hunderte oder Tausende Lichtjahre entfernt, während die gesprenkelten Regionen oben und unten der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung (CMB) entsprechen und an die 13.7 Milliarden Lichtjahre entfernt sind. Fluktuationen in der kosmischen Hintergrundstrahlung, die vom Urknall zurückgeblieben sind, entsprechen den Ursprüngen der Strukturen im sich entwickelnden Universum. Die Wissenschaftler von Planck, welche die Mikrowellendaten analysieren, wollen den Anteil der Milchstraße von der Hintergrundstrahlung zu trennen. Damit sollen die Charakteristika der Hintergrundstrahlung am gesamten Himmel untersucht und Informationen über den Aufbau unserer Galaxis, der Milchstraße, gesammelt werden.

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Das uns bekannte Universum


Credit und Bildrechte: American Museum of Natural History

Beschreibung: Wie würde eine Reise durch das uns bekannte Universum aussehen? Um sich das vorstellen zu können produzierte das American Museum of Natural History einen aktuellen Film, der zahlreiche visuelle Höhepunkte einer solchen Reise zeigt. Das Video beginnt auf der Erde im Himalaya, entfernt sich dann dramatisch und zeigt die Satelliten der Erde, die Sonne, das Sonnensystem, die Ausdehnung der ersten Radiosignale der Menschheit, die Milchstraße, nahe gelegene Galaxien, ferne Galaxien und Quasare. Wenn schließlich die ferne Oberfläche des Mikrowellenhintergrundes erreicht ist, wird Strahlung abgebildet, die Milliarden Lichtjahre entfernt abgestrahlt wurde, weniger als eine Million Jahre nach dem Urknall. Jedes Objekt im Video wurde unter Verwendung des Digital Universe Atlas gerendert, der auf den wissenschaftlichen Erkenntnissen von 2009 basiert – dem Jahr, in dem das Video produziert wurde. Der Film hat eine Ähnlichkeit mit dem berühmten Video Zehn hoch, das ein Favorit vieler Weltraumfreunde einer ganzen Generation war.

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CMBR-Dipol: Durchs Universum rasen

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Credit: DMR, COBE, NASA, Four-Year Sky Map

Beschreibung: Unsere Erde steht nicht still. Sie bewegt sich um die Sonne. Die Sonne umkreist die Milchstraße. Die Galaxis kreist in der Lokalen Gruppe. Die Lokale Gruppe stürzt auf den Virgo-Galaxienhaufen zu. Doch all diese Geschwindigkeiten sind kleiner als jene, mit der sich alle diese Objekte zusammen relativ zur kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (CMBR) bewegen. Auf der obigen Ganzhimmelskarte des Satelliten COBE erscheint die Strahlung aus der Bewegungsrichtung der Erde blauverschoben und daher heißer, während Strahlung auf der anderen Seite des Himmels rotverschoben und kälter ist. Die Karte liefert Hinweise, dass sich die Lokale Gruppe im Verhältnis zu dieser ursprünglichen Strahlung mit etwa 600 Kilometern pro Sekunde bewegt. Diese hohe Geschwindigkeit war zunächst unerwartet, und ihre Größe ist immer noch unerklärlich. Warum bewegen wir uns so schnell? Was ist da draußen?

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CMBR-Dipol: Durchs Universum rasen

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Credit: DMR, COBE, NASA, Vier-Jahres-Himmelskarte

Beschreibung: Unsere Erde steht nicht still. Die Erde bewegt sich um die Sonne. Die Sonne umkreist das Zentrum der Milchstraße. Die Milchstraße kreist in der Lokalen Gruppe von Galaxien. Die Lokale Gruppe fällt in Richtung des Virgo-Galaxienhaufens. Doch diese Geschwindigkeiten sind viel geringer als die Geschwindigkeit, mit der sich alle diese Objekte zusammen relativ zur kosmischen Mikrowellen- Hintergrundstrahlung (CMBR) bewegen. Auf dieser Karte des ganzen Himmels, die mit dem Satelliten COBE erstellt wurde, ist die Strahlung in Richtung der Erdbewegung blauverschoben und somit heißer, während Strahlung an der entgegengesetzten Seite des Himmels rotverschoben und kälter ist. Die Karte lässt darauf schließen, dass sich die Lokale Guppe mit etwa 600 Kilometern pro Sekunde relativ zu dieser urzeitlichen Strahlung bewegt. Diese hohe Geschwindigkeit war zunächst unerwartet und ihre Größenordnung ist immer noch unerklärlich. Warum bewegen wir uns so schnell? Was ist da draußen?

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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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