Earendel: Ein Stern im frühen Universum

Das Bild zeigt den Stern Earendel im fernen Universum der durch einen Galaxienhaufen im Vordergrund so stark vergrößert wird, dass er auf der Erde tausendfach heller erscheint.

Bildcredit: NASA, ESA, B. Welch (JHU), D. Coe (STScI); Bearbeitung: A. Pagan (STScI)

Beschreibung: Ist Earendel der am weitesten entfernte Stern, der je entdeckt wurde? Diese wissenschaftliche Möglichkeit ergab sich, als das Weltraumteleskop Hubble einen riesigen Galaxienhaufen beobachtete. Der Gravitationslinseneffekt dieses Haufens vergrößert und verzerrt eine Galaxie weit dahinter. Diese verzerrte Hintergrundgalaxie ist mit einer Rotverschiebung von 6,2 sehr weit entfernt. Auf diesem Bild erscheint sie als lange rote Kordel. Die Perlen auf der Kette sind wahrscheinlich einzelne Sterne oder Sternhaufen.

Die Linse des Galaxienhaufens erzeugt eine Linie der maximalen Vergrößerung, wo überlagerte Hintergrundobjekte tausendfach vergrößert erscheinen können. Am Schnittpunkt zwischen der Galaxienlinie und der Linie der maximalen Vergrößerung befindet sich eine „Perle“, die vermutlich von einem einzelnen hellen Stern im frühen Universum stammt. Dieser wird nun Earendel genannt.

Künftige Forschungen enthalten vielleicht weiteres Bildmaterial von Hubble und – ziemlich wahrscheinlich – vom neuen James-Webb-Weltraumteleskop, wenn es in naher Zukunft in Betrieb geht. So können sich zeigen, wie sich die Helligkeit von Earendel verändert. Die große Entfernung von Earendel übertrifft die aller bekannten stabilen Sterne. Nur der Stern, bei dessen Explosion GRB 090423 entstand, hatte eine noch höhere Rotverschiebung von 8,2.

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Das beobachtbare Universum

Unser Universum mit Erde und Sonne, umgeben von unserem Sonnensystem, nahen Sternen, nahen Galaxien, fernen Galaxien, Fasern früher Materie und dem kosmischen Mikrowellenhintergrund.

Bildcredit und Lizenz: Wikipedia, Pablo Carlos Budassi

Beschreibung: Wie weit sehen wir? Alles, was hier zu sehen ist, und alles, was ihr vielleicht jetzt gerade sehen könntet, wenn eure Augen jede Art von Strahlung wahrnehmen könnten, ist das beobachtbare Universum.

Das am weitesten entfernte Licht stammt vom kosmischen Mikrowellenhintergrund aus einer Zeit vor 13,8 Milliarden Jahren. Davor war das Universum undurchsichtig wie dicker Nebel. Einige Neutrinos und Gravitationswellen, die uns umgeben, kommen von noch weiter draußen, doch die Menschheit hat noch nicht die Technik, um sie zu erfassen.

Dieses Bild veranschaulicht das beobachtbare Universum in einem immer kompakteren Maßstab. In der Mitte befinden sich Erde und Sonne, umgeben von unserem Sonnensystem, nahen Sternen, nahen Galaxien, fernen Galaxien, Fasern von früher Materie und dem kosmischen Mikrowellenhintergrund.

Kosmolog*innen nehmen in der Regel an, dass unser beobachtbares Universum nur der nahe gelegene Teil eines größeren Ganzen ist, das wir „das Universum“ nennen und in dem überall dieselbe Physik gilt. Es gibt jedoch auch einige populäre, aber spekulative Ansätze, die besagen, dass unser Universum Teil eines größeren Multiversums sind, in dem andere physikalische Konstanten und Gesetze gelten, höhere Dimensionen oder leicht abweichende Versionen unseres Standarduniversums existieren.

Quelle: Hoch aufgelöste Bildversion mit lesbarer Beschriftung | klickbare Beschriftung
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Dunkle Materie in einem simulierten Universum

Simulation der Verteilung Dunkler Materie im Universum.

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

Beschreibung: Spukt es in unserem Universum? Auf dieser Karte der Dunklen Materie sieht es so aus. Die Schwerkraft der unsichtbaren Dunklen Materie ist die wichtigste Erklärung dafür, warum Galaxien sich so schnell drehen, warum Galaxien so schnell um Galaxienhaufen kreisen, warum Gravitationslinsen Licht so stark ablenken und warum sichtbare Materie sowohl im lokalen Universum als auch im fernen kosmischen Mikrowellenhintergrund so verteilt ist, wie sie ist.

Dieses Bild aus der Weltraumschau „Dunkles Universum“ des Hayden-Planetariums im Amerikanischen Museum für Naturkunde zeigt ein mögliches Beispiel dafür, wie allgegenwärtig Dunkle Materie in unserem Universum ist. Es stammt aus einer detailreichen Computersimulation, schwarz dargestellte komplexe Fasern aus Dunkler Materie im Universum sind wie Spinnweben verteilt. Die relativ seltenen Klumpen vertrauter baryonischer Materie sind orange gefärbt. Diese Simulation stimmt statistisch sehr gut mit den astronomischen Beobachtungen überein.

Noch gruseliger ist vielleicht, dass Dunkle Materie – obwohl sie an sich schon ziemlich seltsam ist und eine unbekannte Form hat – nicht mehr als die eigenartigste Gravitationsquelle im Universum gilt. Diese Ehre gebührt nun der Dunklen Energie, einer gleichförmigeren Quelle abstoßender Gravitation, die anscheinend die Expansion des gesamten Universums bestimmt.

Nicht nur Halloween: Heute ist Tag der Dunklen Materie
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Das Hubble Ultra-Deep Field in Licht und Ton

Vertonte Darstellung des Hubble Ultra Deep Field (HUDF).

Bildcredit: NASA, ESA, Hubble; Vertonung: G. Salvesen (UCSB); Daten: M. Rafelski et al.

Beschreibung: Habt ihr schon einmal vom Hubble Ultra-Deep Field gehört? Jedenfalls habt ihr davon sicherlich noch nie so wie hier gehört – klickt auf das Bild und hört zu! In den Jahren 2003-2004 wurde das Hubble Ultra-Deep Field (HUDF) mit dem Weltraumteleskop Hubble aufgenommen, das für eine sehr lange Zeit einen fast leeren Raum anstarrte, sodass ferne, blasse Galaxien sichtbar wurden.

Das HUDF ist eines der berühmtesten Bilder der Astronomie. Bei Klick auf das Bild wird es in einer sehr lebendigen Form präsentiert – mit vertonten Distanzen. Wenn ihr auf eine Galaxie zeigt, hört ihr einen Ton, die ihre ungefähre Rotverschiebung verrät. Weil die Rotverschiebung Licht zum roten Ende des Lichtspektrums verschiebt, werden die Töne hier mit einer Verschiebung zum tiefen Ende des Klangspektrums dargestellt. Je weiter die Galaxie entfernt ist, desto größer ist ihre kosmologische Rotverschiebung (sogar dann, wenn sie blau erscheint), und umso tiefer ist der abgespielte Ton.

Durchschnittlich sind Galaxien im HUDF etwa 10,6 Milliarden Lichtjahre entfernt und klingen wie ein F#. Welche ist die am weitesten entfernte Galaxie, die ihr findet?

Hinweis: Nicht alle Browser können die Vertonung abspielen.
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Simulation: Entstehung der ersten Sterne


Videocredit: Harley Katz (U. Oxford) et al.

Beschreibung: Wie entstanden die ersten Sterne? Um das herauszufinden, wurde die Computersimulation SPHINX für Sternbildung im sehr frühen Universum erstellt. Einige der Ergebnisse sind in diesem Video dargestellt. Die Zeit seit dem Urknall wird links oben in Millionen Jahre angezeigt.

Sogar 100 Millionen Jahre nach dem Urknall war die Materie im Kosmos zu gleichmäßig verteilt, als dass Sterne hätten entstehen können. Außer der Hintergrundstrahlung ist das Universum dunkel.

Bald beginnen leichte Materieklumpen mit viel Wasserstoff zu ersten Sternen zu verschmelzen. In diesem Zeitraffervideo steht violett für Gas, weiß für Licht und Gold für Strahlung, die so energiereich ist, dass sie Wasserstoff ionisiert und in geladene Elektronen und Protonen zerlegt. Die goldfarbenen Regionen zeigen auch die massereichsten Sterne, die als mächtige Supernovae enden. Der eingeschobene Kreis betont eine Zentralregion, aus der eine Galaxie entsteht. Die Simulation läuft, bis das Universum etwa 550 Millionen Jahre alt ist.

Um die Genauigkeit der SPHINX-Simulationen und die zugrunde liegenden Annahmen zu beurteilen, werden die Ergebnisse nicht nur mit aktuellen detailreichen Beobachtungen verglichen, sondern auch mit künftigen direkteren Beobachtungen des frühen Universums verglichen, die mit dem noch in Bau befindlichen NASA-Weltraumteleskop James Webb geplant sind.

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Kosmisch Latte: Die durchschnittliche Farbe des Universums

Die durchschnittliche Farbe des Universums ist Beige #FFF8E7 - oder auch Kosmisch Latte.

Farb-Credit: Karl Glazebrook und Ivan Baldry (JHU)

Beschreibung: Welche Farbe hat das Universum? Genauer gesagt, wenn der ganze Himmel verschmiert wäre, welche Farbe hätte die Mischung am Ende? Diese skurrile Frage ergab sich, als man zu bestimmen versuchte, welche Art von Sternen in nahen Galaxien häufig vorkommen. Die oben abgebildete Antwort ist eine bedingt wahrgenommene Schattierung von Beige. Im Computerjargon: #FFF8E7.

Das fanden Astronomen anhand einer der größten Stichproben an Galaxien heraus, die je untersucht wurde: die 200.000 Galaxien der 2dF-Durchmusterung. Der Mittelwert ihres Lichtes wurde rechnerisch ermittelt. Das resultierende kosmische Spektrum enthält Emissionen aus allen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums, doch es hat eine einzige wahrgenommene Mischfarbe. Diese Farbe wurde im Laufe der letzten 10 Milliarden Jahre viel weniger blau, was darauf hinweist, dass die Häufigkeit rötlicher Sterne zunimmt.

Ein Wettbewerb für einen besseren Namen der Farbe brachte Einträge wie skyvory oder univeige, doch der Sieger ist Kosmisch Latte.

Galerie: Interessante Bilder der Großen Konjunktion, die an APOD geschickt wurden
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Dunkle Materie in einem simulierten Universum

Auf dieser Simulation des Hayden Planetariums scheint Dunkle Materie im Universum häufiger vorzukommen als baryonische Materie.

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

Beschreibung: Spukt es in unserem Universum? Auf dieser Karte Dunkler Materie scheint es so. Die Gravitation unsichtbarer Dunkler Materie ist die führende Erklärung dafür, warum Galaxien so schnell rotieren, warum Galaxien auf ihren Bahnen in Galaxienhaufen so schnell sind, warum Gravitationslinsen Licht so stark ablenken und warum sichtbare Materie so verteilt ist, wie wir das beobachten – sowohl im lokalen Universum als auch im kosmischen Mikrowellenhintergrund.

Dieses Bild aus der schon älteren Weltraumschau „Dunkles Universum“ des Hayden Planetariums im Amerikanischen Museum für Naturgeschichte zeigt ein Beispiel, wie die alles durchdringende Dunkle Materie im Universum spuken könnte. Auf diesem Bild aus einer detailreichen Computersimulation sind schwarz abgebildete komplexe Fasern aus Dunkler Materie wie Spinnweben im Universum verteilt, während die relativ seltenen Klumpen aus vertrauter baryonischer Materie orange gefärbt sind. Diese Simulationen passen gut zu astronomischen Beobachtungen.

Eine vielleicht noch beängstigendere Wende der Ereignisse ist, dass Dunkle Materie – obwohl ziemlich seltsam und eine unbekannte Form – nicht mehr als seltsamste Quelle der Gravitation im Universum gilt. Diese Ehre gebührt der Dunklen Energie, einer gleichförmigeren Quelle abstoßender Gravitation, die nun anscheinend die Ausdehnung des gesamten Universums kontrolliert.

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Fernes Licht brechen

Dieses Bild wurde mit dem Visible MultiObject Spectrograph (VIMOS) aufgenommen, der am Very Large Telescope (VLT) Array in Chile eingesetzt wurde.

Bildcredit und Bildrechte: VIMOS, VLT, ESO

Beschreibung: Im fernen Universum scheint die Zeit langsam zu vergehen. Da zeitdilatiertes Licht zum roten Ende des Spektrums verschoben (rotverschoben) erscheint, können Astronominnen und Astronomen mithilfe der kosmologischen Verlangsamung der Zeit gewaltige Entfernungen im Universum vermessen.

Hier sieht man, wie das Licht von fernen Galaxien in seine Farbbestandteile (Spektren) aufgebrochen wurde. Das erlaubt Forschenden, die kosmologische Rotverschiebung bekannter Spektrallinien zu vermessen. Die Neuheit dieses Bildes besteht darin, dass die Entfernung zu Hunderten Galaxien mit einem einzigen Bild vermessen werden kann. In diesem Fall wurde das Bild mit dem Visible MultiObject Spectrograph (VIMOS) aufgenommen, der am Very Large Telescope (VLT) Array in Chile eingesetzt wurde.

Die Analyse der Verteilung ferner Objekte im Raum bietet Einblicke, wann und wie im frühen Universum Sterne und Galaxien entstanden sind, wie sie Haufen gebildet und sich entwickelt haben.

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Ein Flug durch Hubbles Ultra Deep Field


Videocredit: NASA, ESA, F. Summers, Z. Levay, L. Frattare, B. Mobasher, A. Koekemoer und das HUDF-Team (STScI)

Beschreibung: Wie sieht es aus, wenn man durch das ferne Universum fliegt? Um das herauszufinden, schätzte ein Team von Astronominnen* die relativen Entfernungen zu mehr als 5000 Galaxien in einem der fernsten Galaxienfelder, die je abgebildet wurden: dem Hubble Ultra Deep Field (HUDF).

Weil Licht lange Zeit braucht, um das Universum zu durchqueren, sieht man die meisten Galaxien in diesem Video zu einer Zeit, als das Universum erst einen Bruchteil seines aktuellen Alters erreicht hatte, als sie sich noch im Entstehungsprozess befanden und – verglichen mit Galaxien der Gegenwart – ungewöhnliche Formen hatten. Es gibt noch keine ausgeprägten Spiralgalaxien wie unsere Milchstraße oder die Andromedagalaxie.

Gegen Ende des Videos fliegt der virtuelle Beobachter an den fernsten Galaxien des HUDF-Feldes vorbei, deren aufgezeichnete Rotverschiebung mehr als 8 beträgt. Diese frühe Klasse an Galaxien mit geringer Leuchtkraft enthielt wahrscheinlich energiereiche Sterne, deren Licht einen Großteil der übrig gebliebenen normalen Materie im Universum von einem kalten Gas in heißes, ionisiertes Plasma verwandelte.

Astrophysiker: Stöbern Sie durch mehr als 2200 Codes in der Astrophysics Source Code Library
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Edwin Hubble entdeckt das Universum

Original-Glasplatte mit Hubbles Markierung

Bildcredit und Bildrechte: Dank an Carnegie Institution für Wissenschaft

Beschreibung: Wie groß ist unser Universum? Diese Frage wurde – neben anderen – heute vor 100 Jahren von zwei führenden Astronomen erörtert. Diese Diskussion wird heute als die Große Debatte der Astronomie bezeichnet.

Viele Astronomen dachten damals, unsere Galaxis, die Milchstraße, wäre das ganze Universum. Viele andere jedoch glaubten, dass unsere Galaxis nur eine von vielen wäre. In der „Großen Debatte“ wurde jedes Argument ausführlich erörtert, doch es wurde kein Konsens erzielt.

Die Antwort kam mehr als drei Jahre später mit der Entdeckung eines veränderlichen Punkts im Andromedanebel, der hier auf der digital reproduzierten originalen Entdeckungs-Glasplatte zu sehen ist. Beim Vergleichen von Bildern bemerkte Edwin Hubble, dass sich dieser Fleck verändert hatte, daher schrieb er „VAR!“ auf die Platte. Hubble wusste: Die beste Erklärung war, dass dieser Fleck das Bild eines veränderlichen, sehr weit entfernten Sterns war. Somit war M31 tatsächlich die Andromeda-Galaxie – und sie war vielleicht ähnlich wie unsere eigene Milchstraße.

Dieses Bild ist nicht hübsch, aber der veränderliche Fleck darauf öffnete eine Tür, durch welche die Menschheit erstmals bewusst in einen überraschend weiten Kosmos spähte.

100-Jahr-Feier: Die Große Debatte der Astronomie fand heute vor 100 Jahren statt.

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Das Universum färben

Historischer Holzschnitt zum Ausmalen; Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Bildcredit: Unbekannt

Beschreibung: Wäre es nicht lustig, im Universum zu bemalen? Wenn Ihnen das Spaß macht, nehmen Sie doch diese berühmte astronomische Illustration als vorläufigen Ersatz. Sie, Ihre Freunde, Eltern oder Kinder können sie ausdrucken oder sogar digital färben.

Vielleicht interessiert Sie beim Färben, dass der Urheber dieser Illustration – obwohl sie im Laufe der letzten 100 Jahren an zahlreichen Stellen erschien – unbekannt ist. Weiters hat die Arbeit keinen offiziellen Namen – fällt Ihnen ein guter ein? Die Illustration erschien erstmals 1888 in einem Buch von Camille Flammarion und wird häufig dafür verwendet, um zu zeigen, dass gegenwärtige Vorstellungen der Menschheit dazu neigen, durch neuere Erkenntnisse ersetzt zu werden.

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