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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Die Größenordnung des Universums – interaktiv!


Credit und Rechte der Flash-Animation: Cary und Michael Huang

Beschreibung: Wie sieht das Universum auf einer kleinen Skala aus? Oder auf einer großen Skala? Die Menschheit entdeckt, dass das Universum in jeder Größenordnung, die erforscht wird, ein ganz anderer Ort ist. Zum Beispiel ist unseres Wissens jedes winzige Proton exakt gleich, doch jede riesige Galaxie ist anders. Oder – in vertrauteren Größenordnungen – eine für einen Menschen kleine Glastischoberfläche ist für eine Staubmilbe eine gewaltige, seltsam glatte Ebene – möglicherweise von Zellbrocken übersät. Nicht alle Skalenlängen sind gut erforscht – was zum Beispiel mit den winzigen Tröpfchen geschieht, die beim Niesen entstehen, wird derzeit aktiv untersucht – das zu wissen kann nützlich sein, um die Ausbreitung von Krankheiten zu stoppen. Die oben gezeigte interaktive Flash-Animation, eine aktuelle Version des klassischen Videos Zehn hoch, ist ein neues Fenster, das zu vielen der bekannten Größenordnungen unseres Universums führt. Wenn Sie den Scrollbalken am unteren Rand bewegen, können Sie eine Vielfalt an Größenordnungen untersuchen, während ein Klick auf die einzelnen Objekte Informationen über diese liefert.

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Die durchschnittliche Farbe des Universums

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Credit: Karl Glazebrook und Ivan Baldry (JHU)

Beschreibung: Welche Farbe hat das Universum? Genauer gesagt, wenn der gesamte Himmel verschmiert würde, wekche Farbe käme schlussendlich dabei heraus? Diese skurrile Frage stellte sich, als man zu bestimmen versuchte, welche Sterne allgemein in nahe gelegenen Galaxien vorkommen. Die oben abgebildete Antwort ist eine je nach Bedingung wahrgenommene Schattierung von Beige. Um das herauszufinden mittelten Astronomen rechnerisch das Licht, das von einer der größten Stichproben an Galaxien ausgestrahlt wird, die bisher untersucht wurden: den 200.000 Galaxien der 2dF-Durchmusterung. Das daraus resultierende kosmische Spektrum weist Emissionen in allen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums auf, aber nur eine wahrgenommene Mischfarbe. Diese Farbe wurde im Laufe der vergangenen 10 Milliarden Jahre viel weniger blau, was den Schluss zulässt, dass rötere Sterne überhand nehmen. In einem Wettbewerb, bei dem eine bessere Bezeichnung für die Farbe gesucht wurde, gehörten skyvory und univeige zu den bemerkenswertesten Einträgen, doch der Gewinner war: kosmischer Milchkaffee.

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Galaxy Zoo katalogisiert das Universum

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Credit und Bildrechte: SDSS, Galaxy Zoo; Komposit: Richard Nowell und Hannah Hutchins

Beschreibung: Auch Sie können in den Zoo. Das Galaxy-Zoo-Projekt ermöglicht bürgerlichen Wissenschaftlern – wissbegierige Menschen wie Sie, ausgerüstet nur mit einem Webbrowser – das Universum zu durchmustern. Nach einer kurzen Einschulung werden Freiwillige gebeten, die überlegene Bildverarbeitungsfähigkeit ihres Verstandes einzusetzen, um die Merkmale von Galaxien in der riesigen Sloan Digital Sky Survey zu klassifizieren und zu bemessen. In den nur zwei Jahren ihres Bestehens wurden bereits Millionen von Galaxien von Tausenden einsatzfreudiger Helfer begutachtet. Unter Verwendung von Galaxy-Zoo-Daten wurde zum Beispiel entdeckt, dass das Universum keine bevorzugte Rotationsrichtung erzeugt, ein ungewöhnliches und unklassifiziertes Objekt wurde gefunden, das immer noch untersucht wird, und eine ganze Klasse kleiner Galaxien, die als „Grüne Erbsen“ bezeichnet werden und eine außergewöhnlich hohe Sternbildungsrate aufweisen, wurde entdeckt. Weiters könnte der Galaxy Zoo einen Präzedenzfall für eine neue Art der wissenschaftlichen Recherche schaffen, bei der das Internet eingesetzt wird, um menschliche und maschinelle Intelligenz zu sammeln, zu bündeln und zu koordinieren. Oben ist eine Gruppe dynamischer Verschmelzungen abgebildet, die von Zoobesuchern gefunden wurden, und die die vielfältige, zooartige Natur vieler miteinander wechselwirkender Galaxien im Universum veranschaulicht.

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Schwache Gravitationslinsen verzerren das Universum

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Credit: S. Colombi (IAP), CFHT Team

Beschreibung: Ist das weit entfernte Universum tatsächlich so, wie es uns erscheint? Astronomen hoffen das. Dazwischenliegende Dunkle Materie, die normalerweise unsichtbar ist, könnte ihr Vorhandensein zeigen, indem sie Bilder verzerrt, die aus dem weit entfernten Universum stammen, ähnlich wie ein altes Fenster Bilder von der anderen Seite verzerrt. Wenn man herausfindet, wieweit Hintergrundgalaxien ungewöhnlich flach und ungewöhnlich ähnlich ihren Nachbargalaxien erscheinen, kann die Verteilung der Dunklen Materie, die diese schwache Gravitationslinsenverzerrung verursacht, abgeschätzt werden. Die Analyse der Formen von 200.000 weit entfernten Galaxienbildern, abgebildet mit dem Canada-France-Hawaii-Teleskop (CFHT) lässt auf das Vorhandensein eines massereichen Netzwerkes von verteilter Dunkler Materie schließen. Zukünftige Ergebnisse könnten sogar Details dieser Verteilung erkennen lassen. Das obige computergenerierte Simulationsbild zeigt, wie Dunkle Materie (rot) den Lichtweg und die scheinbare Form von weit entfernten Galaxien verzerrt – blau dargestellt.

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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-Haufens von Galaxien. Doch diese Geschwindigkeiten sind viel geringer als die Geschwindigkeit, mit der alle diese Objekte zusammen sich relativ zur kosmischen Mikrowellen- Hintergrundstrahlung (CMBR) bewegen. Auf der obigen Karte des ganzen Himmels, die vom Satelliten COBE erstellt wurde, erscheint 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 ursprünglichen Strahlung 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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Endet das Universum mit einem großen Riss?

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Illustrationscredit und Bildrechte: Lynette Cook

Beschreibung: Wie endet unser Universum? Eine der neuesten Vermutungen enthält ein alles durchdringendes wachsendes Feld geheimnisvoller abstoßender Phantomenergie, die nahezu alles auseinanderreißt. Obwohl das Universum mit einem Urknall begann, lässt die Analyse kosmologischer Messungen die Möglichkeit zu, dass es mit einem großen Riss endet. In nur wenigen Milliarden Jahren, so das kontroversielle Szenario, wird die Dunkle Energie zu einer solchen Größe anwachsen, dass unsere Galaxis nicht mehr länger zusammenhält. Danach könnten auch Sterne, Planeten und sogar die Atome der ausdehnenden Kraft im Inneren nicht mehr widerstehen. In der Vergangenheit beliefen sich die Vermutungen zum finalen Schicksal des Universums entweder auf einen großen Zusammenbruch, bei dem das Universum kollabiert, oder ein großes Einfrieren. Zwar ist das Schicksal des Universums nach wie vor ein Rätsel, doch die Lösung desselben erfolgt wahrscheinlich aus einem wachsenden Verständnis der Natur der Dunklen Materie und der Dunklen Energie heraus.

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Galaxienbildung im frühen Universum

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Credit: NASA, ESA, and N. Pirzkal (STScI/ESA) et al.

Beschreibung: Wie sah das sehr frühe Universum aus? Um das herauszufinden, richteten Astronomen das Weltraumteleskop Hubble zwischen helle, nahe gelegene Objekte und erzeugten dabei ein Bild mit einem der tiefsten Ausblicke, die je gewonnen wurden – das Hubble Ultra Deep Field (HUDF). Das HUDF ist wie ein Schatzkästchen voller seltsamer und weit entfernter Galaxien. Eine neue Analyse des HUDF konzentrierte sich auf die kleinsten, lichtschwächsten und am dichtesten zusammengedrängten Galaxien, die abgebildet wurden. Diese kleinen Galaxien sind vermutlich die Bausteine der gegenwärtigen Galaxien. Analysen zeigen, dass sich diese kleinen Galaxien tatsächlich des Öfteren mischen, um große Galaxien zu bilden. Eine Abbildung dieses Feldes mit dem Spitzer-Weltraumteleskop zeigt einen Mangel an Infrarot-Strahlung, die man eigentlich von alten Sternen erwarten würde, was darauf hinweist, dass diese kleinen Galaxien sehr jung, vielleicht nur wenige Millionen Jahre alt sind. Somit könnten die jungen, blauen Sterne Mitglieder der allerersten Generation von Sternen sein. Ein Teil des HUDF ist oben zu sehen; das Insert oben links zeigt eine blaue Baustein-Galaxie, die vom Universum stark rotverschoben ist und daher eher gelb erscheint.

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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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