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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Orionnebel: Der Hubble-Anblick

Dieses Bild des Orionnebels M42 wurde aus Daten des Weltraumteleskops Hubble erstellt.

Bildcredit: NASA, ESA, Hubble-Vermächtnisarchiv; Bearbeitung: Francisco Javier Pobes Serrano

Beschreibung: Wenige kosmische Ansichten regen die Fantasie sosehr an wie der Orionnebel. Er ist auch als M42 bekannt, sein leuchtendes Gas umgibt heiße junge Sterne am Rand einer gewaltigen interstellaren Molekülwolke, die nur 1500 Lichtjahre entfernt ist.

Der Orionnebel bietet eine der besten Möglichkeiten, um die Entstehung von Sternen zu untersuchen, weil er die nächstliegende große Sternbildungsregion ist, und weil die energiereichen Sterne undurchsichtige Gas- und Staubwolken fortgeblasen haben, die sonst unsere Sicht blockieren würden, was uns einen detaillierten Blick auf eine Vielzahl von Stadien laufender Sternbildungen und Sternentwicklungen bietet.

Dieses Bild des Orionnebels gehört zu den schärfsten, die jemals mit Daten des Weltraumteleskops Hubble erstellt wurden. Der ganze Orionnebel ist etwa 40 Lichtjahre groß und liegt im selben Spiralarm unserer Galaxis wie die Sonne.

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Papermoon-Sonnenfinsternis

Dieses fantastische Bild vom Sonnenuntergang in Xilin Gol in der Inneren Mongolei in China zeigt Sonne und Mond bei der partiellen Sonnenfinsternis.

Bildcredit und Bildrechte: Wang Letian (Augen bei Nacht)

Beschreibung: Es erinnert an einen Papiermond, der an einer gemalten Sonne vorbei segelt. Doch es sind keine Kartonwolken. Und es ist kein Fantasiebild. Dieses Bild eines orangefarbenen Himmels ist echt – es ist ein digitales Komposit aus zwei Aufnahmen der Sonnenfinsternis, die Anfang des Monats stattfand. Die erste Aufnahme wurde mit einem gewöhnlichen Teleskop gemacht, das die überbelichtete Sonne und den unterbelichteten Mond erfasste. Das zweite Bild wurde mit einem Sonnenteleskop fotografiert, um Details der Chromosphäre der Sonne im Hintergrund zu zeigen.

Die leinwandähnliche Struktur der Sonne entstand durch die Abbildung in einem besonderen Rotton, der von Wasserstoff abgestrahlt wird. Am Sonnenrand seht ihr mehrere Protuberanzen. Das Bild wurde kurz vor Sonnenuntergang in Xilin Gol in der Inneren Mongolei in China fotografiert. Die Idee, dass der Mond aus dichtem Gestein, die Sonne aus heißem Gas und Wolken aus schwebenden Wasser- und Eiströpfchen bestehen, ist ebenfalls keine Fantasie.

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Tanzende Polarlichter auf Saturn

Die Raumsonde Cassini zeigt Saturn mit Polarlichtern in Infrarot.

Bildcredit: NASA, Cassini, VIMS Team, U. Arizona, U. Leicester, JPL, ASI

Beschreibung: Wie entstehen Polarlichter auf Saturn? Um das herauszufinden, durchstöberten Wissenschaftler*innen Hunderte von Saturns Infrarotbildern, die von der Raumsonde Cassini zu anderen Zwecken aufgenommen wurden, um genügend Bilder von Polarlichtern zu finden, anhand derer sie Veränderungen vergleichen und Filme erstellen konnten.

Einige dieser Filme zeigen deutlich, dass sich Polarlichter auf Saturn nicht nur mit dem Winkel der Sonneneinstrahlung verändern, sondern auch mit der Rotation des Planeten. Weiters hängen einige Veränderungen der Polarlichter anscheinend mit Wellen in Saturns Magnetosphäre zusammen, die wahrscheinlich von Saturnmonden verursacht werden.

Dieses Falschfarbenbild wurde 2007 aufgenommen. Es zeigt Saturn in drei Bändern des Infrarotlichtes. Die Ringe reflektieren relativ blaues Sonnenlicht, während der Planet in vergleichsweise energiearmem Rot leuchtet. Ein Band eines Südpolarlichtes leuchtet grün.

Kürzlich wurde festgestellt, dass Polarlichter Saturns obere Atmosphäre aufheizen. Wenn wir Saturns Polarlichter besser verstehen, führt das auch zu einem besseren Verständnis der Polarlichter auf der Erde.

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Bildpunkte in der Sonne

Die Sonne in H-Alpha-Licht mit den Silhouetten der Internationalen Raumstation und Chinas neuer Raumstation Tiangong.

Bildcredit und Bildrechte: Wang Letian (Augen bei Nacht)

Beschreibung: Diese beiden Bilder wurden aus Video-Einzelbildern erstellt. Sie wurden sie mit einem sicheren Sonnenteleskop und einem H-Alpha-Filter fotografiert und  zeigen interessante Details der Sonnenoberfläche sowie gewaltige Protuberanzen vom 6. Juni (oben) und 18. Juni am Sonnenrand.

Diese Aufnahmen aus Peking (China) zeigen auch die Silhouetten der Internationalen Raumstation und Chinas neuer Raumstation Tiangong vor der hellen Sonne, während sie vorüberzogen. Die Internationale Raumstation liegt im unteren Bildfeld nahe der Mitte, sie kreuzt die Sonnenscheibe links neben der hellen aktiven Region AR2833 und unter einem großen, bogenförmigen Sonnenfilament.

Die chinesische Raumstation befindet sich im oberen Bildfeld rechts neben der Mitte unter der aktiven Sonnenregion AR2827, ihr seht sie als kleine Kombination aus den Formen „+“ und „-„.

Die Bilder der vorbeiziehenden Außenposten im Orbit wurden mit derselben Ausrüstung und mit der gleichen Auflösung fotografiert, wobei die Internationale Raumstation ungefähr 492 Kilometer entfernt ist. Die chinesische Raumstation war mehr als 400 Kilometer von der Kamera entfernt.

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Andromdeda als Einzelaufnahme

Die Andromeda-Galaxie M31 posiert über einer alten Mine im Süden von Portugal.

Bildcredit und Bildrechte: Miguel Claro (TWAN, Dark Sky Alqueva)

Beschreibung: Wie weit können wir sehen? Die 2,5 Millionen Lichtjahre entfernte Andromedagalaxie ist das fernste Objekt, das man leicht mit bloßem Auge sehen kann. Andere Objekte des Nachthimmels wie Sterne, Sternhaufen und Nebel sind in der Regel Hunderte bis Tausende Lichtjahre entfernt. Damit liegen sie weit außerhalb des Sonnensystems, sind aber bezogen auf unsere Galaxis relativ nahe.

Die außerhalb der Milchstraße gelegene Galaxie ist auch als M31 bekannt. Auf dieser gut geplanten, detailreichen Nachthimmelslandschaft, die bei einer alten Mine im Süden von Portugal fotografiert wurde, posiert sie direkt über einem Schornstein. Das Bild wurde als Einzelaufnahme fotografiert. Die Kamera folgte dem Himmel, daher ist der Vordergrund durch die Bewegung leicht verschwommen.

Andromeda selbst erscheint riesig. Normalerweise sieht man mit bloßem Auge nur die helle Zentralregion der Galaxie. Hier geht das Zentrum in die blasseren äußeren Bereiche mit den Spiralarmen über, die am Himmel mehr als vier Vollmonde umfassen. In ungefähr 5 Milliarden Jahren könnten die Sterne von Andromeda den ganzen Nachthimmel einnehmen, da die Andromedagalaxie mit der Milchstraße verschmilzt.

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Messier 99

Messier 99, auch als M99 oder NGC 4254 katalogisiert, ist eine Galaxie des Virgo-Galaxienhaufens im Sternbild Haar der Berenike.

Bildcredit: NASA, ESA, Hubble, Janice Lee; Bearbeitung und Bildrechte: Leo Shatz

Beschreibung: Die imposante Spiralgalaxie Messier 99 wirkt majestätisch in einem wahrhaft kosmischen Ausmaß. Dieses kürzlich bearbeitete vollständige Galaxienporträt umfasst mehr als 70.000 Lichtjahre von M99. Die scharfe Ansicht ist eine Kombination aus ultravioletten, sichtbaren und infraroten Bilddaten des Weltraumteleskops Hubble.

Die von oben sichtbare Spirale ist etwa 50 Millionen Lichtjahre entfernt und liegt im gestriegelten Sternbild Haar der Berenike (Coma Bernices). Sie gehört zum nahe gelegenen Virgo-Galaxienhaufen und ist auch als NGC 4254 katalogisiert. Eine enge Begegnung mit einem anderen Mitglied des Virgo-Galaxienhaufens beeinflusste wahrscheinlich die Form ihrer ausgeprägten blauen Spiralarme.

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STARFORGE: Eine Sternentstehungs-Simulation


Video- und Textcredit: Michael Y. Grudić (Nordwestliche U.) et al., STARFORGE-Arbeitsgruppe; Musik: Prélude n°4, opus 28 in E-Moll (Frédéric Chopin)

Beschreibung: Wie entstehen Sterne? Die meisten entstehen in riesigen Molekülwolken in der Zentralscheibe einer Galaxie. Der Prozess wird von Sternwinden, Strahlströmen, sehr energiereichem Sternenlicht und Supernovaexplosionen bereits existierender Sterne gestartet, beeinflusst und begrenzt.

Dieses Video zeigt die komplexen Wechselwirkungen anhand der berechneten STARFORGE-Simulation einer Gaswolke mit 20.000 Sonnenmassen. In der Zeitraffer-Visualisierung zeigen hellere Regionen dichteres Gas an, Farben codieren die Geschwindigkeit des Gases (violett ist langsam, orange ist schnell), und Punkte markieren die Positionen neu entstandener Sterne.

Zu Beginn des Videos beginnt eine etwa 50 Lichtjahre große Gaswolke, sich durch ihre eigene Gravitation zu verdichten. Innerhalb von 2 Millionen Jahren entstehen erste Sterne, während neu entstandene massereiche Sterne eindrucksvolle Strahlströme ausstoßen. Nach 4,3 Millionen Jahren friert die Simulation ein, und der Raum wird gedreht, um einen dreidimensionalen Blickwinkel zu erhalten.

Vieles rund um Sternbildung ist noch nicht bekannt, darunter der Effekt der Strahlströme bei der Begrenzung der Masse später entstehender Sterne.

Portal ins Universum: Random APOD Generator
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HD 163296: Strahlen eines entstehenden Sterns

Dieses Bild des Sternsystems HD 163296 wurde von Atacama Large Millimeter Array (ALMA) und Very Large Telescope (VLT) der ESO aufgenommen.

Bildcredit: Sichtbares Licht: VLT/MUSE (ESO); Radiowellen: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Beschreibung: Wie entstehen diese Strahlströme bei der Sternbildung? Das ist nicht bekannt, doch aktuelle Bilder des jungen Sternsystems HD 163296 sind sehr aufschlussreich. Der Zentralstern auf diesem Bild befindet sich noch in der Entstehung, er ist aber bereits von einer rotierenden Scheibe und einem nach außen strömenden Strahl umgeben.

Die Scheibe wurde in Radiowellen abgebildet, die mit dem Atacama Large Millimeter Array (ALMA) in Chile aufgenommen wurden. Die Lücken darin sind wahrscheinlich durch die Schwerkraft sehr junger Planeten entstanden.

Der Strahlstrom wurde vom Very Large Telescope (VLT, ebenfalls in Chile) in sichtbarem Licht aufgenommen, er verströmt schnell bewegtes Gas – großteils Wasserstoff – vom Zentrum der Scheibe aus. Das System reicht über das Hundertfache der Entfernung Erde-Sonne (AE).

Die Details dieser neuen Beobachtungen werden nun ausgewertet, um die Vermutung zu untermauern, dass die Strahlen zumindest teilweise von Magnetfeldern in der rotierenden Scheibe erzeugt und geformt werden. Künftige Beobachtungen von HD 163296 und ähnlicher Sternbildungssysteme können helfen, die Details zu klären.

Astrophysiker*innen: Mehr als 2500 Codes in der Astrophysics Source Code Library
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Die Kaulquappengalaxie von Hubble

Die verzerrte Spiralgalaxie Arp 188, die Kaulquappengalaxie, liegt etwa 420 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Drache.

Bildcredit: Hubble Legacy Archive, ESA, NASABearbeitung: Amal Biju

Beschreibung: Warum hat diese Galaxie einen so langen Schweif? Diese atemberaubende Ansicht basiert auf einem Bild aus dem Nachlass-Archiv des Weltraumteleskops Hubble. Ferne Galaxien bilden hier einen dramatischen Hintergrund für die zerrissene Spiralgalaxie Arp 188, die Kaulquappengalaxie. Die kosmische Kaulquappe liegt etwa 420 Millionen Lichtjahre entfernt im nördlichen Sternbild Drache (Draco). Ihr auffälliger Schweif ist etwa 280.000 Lichtjahre lang und weist massereiche, helle blaue Sternhaufen auf.

Eine Vermutung besagt, dass eine kompaktere eindringende Galaxie vor Arp 188 kreuzte – auf dieser Ansicht von rechts nach links – und durch ihre Schwerkraft hinter die Kaulquappe geschleudert wurde. Während der engsten Begegnung zogen die Gezeitenkräfte Sterne, Gas und Staub aus der Spiralgalaxie heraus, daraus entstand der spektakuläre Schweif.

Die eindringende Galaxie liegt schätzungsweise etwa 300.000 Lichtjahre hinter der Kaulquappe und ist rechts oben hinter den Spiralarmen im Vordergrund zu sehen. Wie ihr irdischer Namensgeber verliert die Kaulquappengalaxie wahrscheinlich ihren Schweif, sobald sie älter wird, wobei die Sternhaufen des Schweifes kleinere Begleiterinnen der großen Spiralgalaxie bilden.

APOD in Weltsprachen: arabisch, bulgarisch, chinesisch (Peking), chinesisch (Taiwan), deutsch, Farsi, französisch, hebräisch, indonesisch, japanisch, katalanisch, koreanisch, kroatisch, montenegrinisch, niederländisch, polnisch, russisch, serbisch, slowenisch, spanisch, taiwanesisch, tschechisch, türkisch, türkisch und ukrainisch

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Sonnenaufgang zur Sonnenwende über Stonehenge

Sonnenaufgang zur Sommersonnenwende 2008 bei Stonehenge in Großbritannien.

Bildcredit und Bildrechte: Max Alexander, STFC, SPL

Beschreibung: Heute erreicht die Sonne den nördlichsten Punkt am Himmel des Planeten Erde. Es ist Sonnenwende, und in viele Kulturen markiert dieses Datum den Wechsel der Jahreszeiten – vom Frühling zum Sommer auf der Nordhalbkugel der Erde und vom Herbst zum Winter auf der Südhalbkugel der Erde. Genau genommen ereignet sich die Sonnenwende in einigen Teilen der Welt heute, in anderen Regionen morgen.

Dieses Bild wurde 2008 in der Woche der Sommersonnenwende bei Stonehenge in Großbritannien fotografiert. Es zeigt einen malerischen Sonnenaufgang mit Nebel, Bäumen, Wolken, Steinen, die vor etwa 4500 Jahren errichtet wurden, sowie eine 4,5 Milliarden Jahre alte große leuchtende Kugel.

Trotz der Präzession der Erdrotationsachse im Laufe der Jahrhunderte geht die Sonne in Stonehenge weiterhin auf eine astronomisch bedeutsame Art und Weise auf.

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