Hyperion: Größter bekannter Proto-Supergalaxienhaufen

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Visualisierungscredit: ESO, L. Calçada und Olga Cucciati et al.

Beschreibung: Wie entstanden Galaxien im frühen Universum? Um das herauszufinden, durchmusterten Astronomen eine Stelle des dunklen Nachthimmels mit dem Very Large Telescope array in Chile, um Galaxien zu finden und zu zählen, die entstanden, als unser Universum noch sehr jung war.

Analysen der Verteilung einiger ferner Galaxien (Rotverschiebung annähernd 2,5) zeigten eine gewaltige Ansammlung von Galaxien in einem Bereich von 300 Millionen Lichtjahren, mit ungefähr der 5000-fachen Masse unserer Milchstraße. Die Ansammlung trägt die Bezeichnung Hyperion, sie ist derzeit der größte und massereichste Proto-Superhaufen, der bisher im frühen Universum entdeckt wurde.

Ein Proto-Superhaufen ist eine Gruppe junger Galaxien, die durch Gravitation kollabiert, um einen Superhaufen zu bilden. So ein Superhaufen ist eine Gruppe aus mehreren Galaxienhaufen, die ihrerseits Gruppen aus Hunderten Galaxien sind, und jede dieser Galaxien ist selbst eine Gruppe aus Milliarden Sternen.

Auf dieser Visualisierung sind massereiche Galaxien in Weiß abgebildet. Regionen, die einen großen Anteil kleinerer Galaxien enthalten, sind blau schattiert. Das Aufspüren und Erklären solch großer Gruppen früher Galaxien hilft der Menschheit, die Zusammensetzung und Entwicklung des Universums als Ganzes besser zu verstehen.

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Die Dimensionen des Universums – Interaktiv


Animationscredit und -rechte: Cary und Michael Huang

Beschreibung: Wie sieht das Universum im kleinen Maßstab aus? Oder im großen? Die Menschheit entdeckt, dass das Universum in jedem Bereich, den sie erforscht, sehr unterschiedlich ist. Zum Beispiel ist, soweit uns bekannt, jedes winzige Proton exakt gleich, aber jede riesige Galaxie ist anders.

In einer uns vertrauteren Größenordnung ist die Oberfläche eines Glastisches für einen Menschen klein, aber für eine Hausstaubmilbe ist sie eine unermessliche Ebene von seltsamer Glätte – die vielleicht mit kleinen Zellbrocken übersät ist. Nicht alle Größenordnungen sind gut erforscht – beispielsweise wird weiterhin untersucht, was mit den winzigen Tröpfchen geschieht, die man niest. Dieses Wissen hilft möglicherweise, die Ausbreitung von Krankheiten zu stoppen.

Diese interaktive Flash-Animation ist eine moderne Version des klassischen Videos Zehn hoch und ein neues Fenster für viele bekannte Größenordnungen unseres Universums. Wenn Sie den Balken unten verschieben, können Sie eine Vielfalt an Größenordnungen erforschen. Mit Mausklicks auf einzelne Objekte rufen Sie deren Beschreibungen auf.

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Das beobachtbare Universum

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Illustrationscredit und Lizenz: Wikipedia, Pablo Carlos Budassi

Beschreibung: Wie weit können Sie sehen? Alles, was Sie jetzt gerade sehen können und könnten, wenn Ihre Augen alle Arten von Strahlung um Sie herum erkennen würden, ist das beobachtbare Universum.

Im elektromagnetischen Spektrum stammt das Fernste, das für uns sichtbar ist, vom kosmischen Mikrowellenhintergrund aus einer Zeit vor 13,8 Milliarden Jahren, als das Universum undurchsichtig wie dicker Nebel war. Einige Neutrinos und Gravitationswellen, die uns umgeben, kommen sogar von noch weiter draußen, doch die Menschheit hat noch keine Technologie, um sie zu erkennen.

Dieses Bild veranschaulicht das beobachtbare Universum in einem zunehmend kompakteren Maßstab mit Erde und Sonne im Zentrum, umgeben von unserem Sonnensystem, nahen Sternen, nahen Galaxien, fernen Galaxien, Fasern aus früher Materie und der kosmischen Hintergrundstrahlung.

Kosmologen gehen üblicherweise davon aus, dass unser beobachtbares Universum nur der nahe Teil eines größeren Ganzen ist, das als „das Universum“ bezeichnet wird, wo die gleiche Physik gilt. Doch es gibt einige Zeilen beliebter, aber spekulativer Überlegungen, die behaupten, unser Universum wäre Teil eines größeren Multiversums, in dem entweder unterschiedliche Naturkonstanten auftreten, andere physikalische Gesetze gelten, höhere Dimensionen wirken oder in denen es leicht abweichende Versionen unseres Standarduniversums gibt.

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Galaxienentstehung in einem magnetischen Universum


Bildcredit: IllustrisTNG Projekt; Visualisierung: Mark Vogelsberger (MIT) et al. Musik: Gymnopedie 3 (Komponist: Erik Satie, Musiker: Wahneta Meixsell)

Beschreibung: Wie sind wir hierher gekommen? Wir wissen, dass wir auf einem Planeten leben, der einen Stern umkreist, welcher um eine Galaxie kreist, aber wie ist das alles entstanden?

Um die Details besser zu verstehen, verbesserten Astrophysiker die berühmte IllustrisSimulation zu IllustrisTNG – diese ist nun das komplexeste Computermodell der Entwicklung von Galaxien in unserem Universum. Dieses Video zeigt die Magnetfelder vom frühen Universum (Rotverschiebung 5) bis heute (Rotverschiebung 0). Relativ schwache Magnetfelder sind blau abgebildet, starke sind weiß dargestellt. Diese B-Felder passen sehr gut zu Galaxien und Galaxienhaufen.

Am Beginn der Simulation umkreist eine virtuelle Kamera das virtuelle IllustrisTNG-Universum und zeigt eine 30 Millionen Lichtjahre große junge Region, die ziemlich fadenförmig ist. Durch die Schwerkraft entstehen viele Galaxien und verschmelzen, während sich das Universum ausdehnt und entwickelt. Am Ende stimmt das simulierte IllustrisTNG-Universum statistisch gesehen gut mit unserem gegenwärtigen wirklichen Universum überein, obwohl es einige interessante Unterschiede gibt – zum Beispiel eine Abweichung bei der Energie von Radiowellen, die von schnell bewegten geladenen Teilchen abgestrahlt wird.

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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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Teile das Universum

Bildcredit: NASA, Erwin Schrödingers Katze

Beschreibung: Jetzt - bevor Sie den Knopf drücken - sind zwei künftige Universen möglich. Nachdem Sie den Knopf gedrückt haben, werden Sie in einem von diesen beiden weiterleben. Das ist eine echte Web-Version von Schrödingers berühmtem Katzen-Experiment. Wenn man den roten Knopf auf diesem Astronautenbild kickt, sollte sich das Bild so ändern, dass der gleiche Astronaut eine von zwei Katzen zeigt - eine lebt, die andere ist tot. Der Zeitpunkt Ihres Klicks, kombiniert mit den Schaltungen in Ihrem Gehirn und den Millisekunden Zeitverzögerung Ihres Geräts liefern gemeinsam durch den Zufall der Quantenmechanik ein potenziell vorrangiges Ergebnis.

Manche glauben, dass die von Ihnen ausgelöste Quantenentscheidung das Universum teilt, und dass sowohl das Universum mit lebendiger als auch das mit toter Katze in getrennten Teilen eines größeren Multiversums existieren.

Andere glauben, dass das Ergebnis Ihres Klicks die beiden möglichen Universen zu einem kollabieren lassen - auf eine nicht vorhersehbare Art und Weise.

Wieder andere glauben, dass das Universum klassisch deterministisch ist, sodass Sie das Universum durch Drücken des Knopfes nicht wirklich teilen, sondern nur eine Aktion ausführten, die seit Anbeginn der Zeiten vorherbestimmt war. Wie närrisch auch immer Sie sich beim Drücken des roten Knopfes fühlen und unabhängig vom Ergebnis wünschen wir von APOD einen lustigen 1. April!

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Das Universum färben

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Bildcredit: unbekannt

Beschreibung: Es ist sicher lustig, das Universum zu färben. Wenn Ihnen das Spaß macht, nehmen Sie vorläufig diese berühmte astronomische Illustration als Ersatz. Sie, Ihre Freunde, Eltern oder Kinder können es ausdrucken oder sogar digital ausmalen. Dabei interessiert Sie vielleicht, dass obwohl diese Illustration im Laufe der letzten 100 Jahre an vielen Stellen auftauchte, der tatsächliche Künstler unbekannt ist. Außerdem hat die Arbeit keinen anerkannten Namen – fällt Ihnen ein guter ein? Die Illustration erschien erstmals 1888 in einem Buch von Camille Flammarion und veranschaulicht meist, dass aktuelle Ansichten der Menschheit häufig durch neue Erkenntnisse ersetzt werden.

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Animation der Galaxienentwicklung


Videocredit: Donna Cox (AVL NCSA/U. Illinois) et al, GSFC der NASA, AVL, NCSA

Beschreibung: Wie entwickelte sich das Universum aus einem so gleichmäßigen Beginn? Um das zu verstehen, erstellten Quantenkosmologen und die NASA rechnerisch dieses Zeitraffer-Animationsvideo – eine Computersimulation von einem Teil des Universums. Die Simulation von 100 Millionen Lichtjahren beginnt etwa 20 Millionen Jahre nach dem Urknall und läuft bis in die Gegenwart. Nach einem glatten Beginn verwandeln sich Materieklumpen durch die Gravitation in Galaxien, die sofort anfangen, sich zueinander zu bewegen. Bald kondensieren viele von ihnen zu langen Fasern, während andere gewaltsam zu einem großen, heißen Galaxienhaufen verschmelzen. Die Untersuchung möglicher Eigenschaften des Universums durch Simulationen wie diese hilft bei der Konstruktionsentwicklung des James-Webb-Weltraumteleskops, dessen Start derzeit für Ende 2018 geplant ist.

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CMB-Dipol: Durchs Universum rasen

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

Beschreibung: Unsere Erde steht nicht still. Die Erde bewegt sich um die Sonne. Die Sonne umrundet das Zentrum der Galaxis. Die Galaxis kreist um die Galaxien der Lokalen Gruppe. Die Lokale Gruppe stürzt auf den Virgo-Galaxienhaufen zu. Doch diese Geschwindigkeiten sind kleiner als jene, mit der sich all diese Objekte zusammen relativ zur kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (CMBR) bewegen. Auf der oben gezeigten Karte des ganzen Himmels, die mit dem Satelliten COBE erstellt wurde, erscheint die Strahlung aus der Bewegungsrichtung der Erde blauverschoben und daher heißer, während Strahlung aus der gegenüberliegenden Himmelsrichtung rotverschoben und kühler ist. Die Karte lässt darauf schließen, dass sich die Lokale Gruppe relativ zu dieser Ursprungsstrahlung mit etwa 600 Kilometern pro Sekunde bewegt. Diese hohe Geschwindigkeit war unerwartet, und ihre Größe ist immer noch nicht erklärbar. Warum rasen wir so schnell? Was ist da draußen?

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Illustris-Simulation des Universums


Videocredit: Illustris Collaboration, NASA, PRACE, XSEDE, MIT, Harvard CfA; Musik: The Poisoned Princess (Media Right Productions)

Beschreibung: Wie sind wir hierher gekommen? Klicken Sie auf den Pfeil, lehnen Sie sich zurück und sehen Sie zu. Eine neue Computersimulation der Entstehung des Universums – die größte und anspruchsvollste, die je erstellt wurde – bietet einen neuen Einblick in die Entstehung von Galaxien und relativiert den Sitz der Menschheit im Universum. Das Illustris-Projekt – das bisher größte seiner Art – verbrauchte 20 Millionen CPU-Stunden und folgt 12 Milliarden Rasterelementen, wobei ein Würfel mit einer Kantenlänge von 35 Millionen Lichtjahren aufgespannt wird, während es sich mehr als 13 Milliarden Jahre lang entwickelte. Die Simulation ist die erste, die nachvollzieht, wie Materie eine große Vielfalt an Galaxientypen bildet. Während sich das virtuelle Universum entwickelt, kondensiert bald darauf ein Teil der mit dem Universum expandierenden Materie durch Gravitation und bildet Filamente, Galaxien und Galaxienhaufen. Das obige Video nimmt die Perspektive einer virtuellen Kamera ein, die einen Teil dieses sich verändernden Universums umkreist, und zeigt zuerst die Entwicklung Dunkler Materie, dann des Wasserstoffs, nach Temperatur codiert (0:45), danach schwere Elemente wie Helium und Kohlenstoff (1:30), dann wieder zurück zu Dunkler Materie (2:07). Unten links ist die Zeit gelistet, die seit dem Urknall vergangen ist, während rechts unten die Art der gezeigten Materie angeführt wird. Explosionen (0:50) zeigen Galaxienzentren mit sehr massereichen Schwarzen Löchern, die Blasen aus heißem Gas auswerfen. Es gibt interessante Unstimmigkeiten zwischen Illustris und dem realen Universum, die untersucht werden, etwa warum die Simulation ein Übermaß an alten Sternen erzeugt.

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Rotverschiebungs-Wertetabelle unseres Universums

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Bildcredit: Sergey V. Pilipenko (LPI, MIPT)

Beschreibung: Wie weit ist „Rotverschiebung z=6“ entfernt? Obwohl Menschen von Natur aus mit Entfernung und Zeit vertraut sind, ist das, was bei astronomischen Objekten gemessen wird, eigentlich die Rotverschiebung, eine Farbabweichung, die davon abhängt, wie sich die Energiedichte in unserem Universum entwickelt hat. Da kosmologische Messungen in den letzten Jahren zu einer Übereinkunft darüber geführt haben, welche Energieformen unser Universum durchdringen, ist es nunmehr möglich, eine einfache Tabelle zu erstellen, welche die beobachtete kosmologische Rotverschiebung z mit dem Standardkonzept von Zeit und Entfernung in Relation setzen, so auch die hochgerechnete Zeit, seit das Universum entstand. Eine solche Tabelle ist oben dargestellt, wobei die Rotverschiebung z in der ersten und der letzten Spalte gelistet ist, während das entsprechende Alter des Universums in Milliarden Jahren in der mittleren Spalte abzulesen ist. Um die Bedeutung der restlichen Spalten herauszufinden, lesen Sie bitte die begleitende technische Abhandlung. Obwohl Sterne in unserer Galaxis tatsächlich die kosmologische Rotverschiebung z=0 aufweisen, scheinen sich die fernsten Supernovae jenseits einer Rotverschiebung z=1 zu ereignen, womit sie laut dem obigen Diagramm explodierten, als das Universum annähernd die Hälfte seines aktuellen Alters erreicht hatte. Die fernsten bisher beobachteten Gammablitze hingegen ereignen sich jenseits einer Rotverschiebung z=6, als das Universum weniger als eine Milliarde Jahre alt war, das sind weniger als 10 Prozent seines gegenwärtigen Alters.

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