GW190521: Unerwartete Schwarze Löcher kollidieren

Das Gravitationswellenereignis GW190521 war die Verschmelzung der massereichsten schwarzen Löcher, die bisher von LIGO und Virgo beobachtet wurden.

Illustrationscredit: Raúl Rubio (Virgo Valencia Group, The Virgo Collaboration)

Beschreibung: Wie entstehen schwarze Löcher wie dieses? Die beiden schwarzen Löcher, die auf spiralförmigen Bahnen zusammenstießen und das Gravitationswellenereignis GW190521 auslösten, waren nicht nur die massereichsten schwarzen Löcher, die LIGO und Virgo bisher beobachteten. Ihre Massen – 66 und 85 Sonnenmassen – waren außerdem beispiellos und unerwartet.

Man weiß, dass schwarze Löcher mit geringerer Masse – weniger als 65 Sonnenmassen – bei Supernovaexplosionen entstehen. Umgekehrt geht man davon aus, dass schwarze Löcher mit höherer Masse – mehr als ungefähr 135 Sonnenmassen – bei der Implosion sehr massereicher Sterne entstehen, nachdem diese ihre für die Kernfusion verantwortlichen Elemente, die der Gravitation entgegenwirken, aufgebraucht haben.

Wie solche schwarzen Löcher mit dazwischen liegenden Massen entstanden, ist noch unbekannt. Eine Hypothese besagt, dass sie durch aufeinanderfolgende Kollisionen zwischen Sternen und schwarzen Löchern in dichten Sternhaufen entstehen. Diese Illustration zeigt schwarze Löcher kurz vor der Kollision, die Pfeile markieren ihre Rotationsachsen. Die spiralförmigen Wellen auf der Illustration zeigen die Entstehung von Gravitationsstrahlung an, während die umgebenden Sterne auf die Möglichkeit hinweisen, dass sich die Verschmelzung in einem Sternhaufen ereignete.

Das Verschmelzungsereignis schwarzer Löcher mit der Bezeichnung GW190521 wurde letztes Jahr beobachtet, es stammt aber aus einer Zeit, als das Universum erst etwa halb so alt war wie heute (z ~ 0.8). Es ist das fernste Ereignis, das je beobachtet wurde, sogar innerhalb der Messtoleranz.

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Die Milchstraße über St. Michael’s Mount

Zu St. Michael’s Mount führt bei Niedrigwasser ein Fahrdamm und am Himmel die Milchstraße.

Bildcredit: Simon R. Hudson

Beschreibung: Wo laufen Land und Himmel zusammen? An jedem Horizont – doch hier führt der Pfad auf der Erde zu St. Michael’s Mount (kornisch: Karrek Loos yn Koos), einer kleinen historischen Insel in Cornwall (England). Der Berg ist normalerweise von seichtem Wasser umgeben, doch bei Niedrigwasser verläuft ein von Menschen errichteter Fahrdamm dorthin.

Die Straße am Himmel ist das zentrale Band unserer Milchstraße, sie führt scheinbar ebenfalls zu St. Michael’s Mount, doch in Wirklichkeit ist sie weit entfernt. Der rote Nebel in der Milchstraße knapp über dem Schloss ist der Lagunennebel, links daneben leuchtet der helle Jupiter, und rechts blitzt ein Meteor auf.

Die Vordergrund- und Hintergrundbilder für dieses Kompositbild wurden in derselben Julinacht am selben Ort fotografiert. Meteore sind flüchtig, und die Scheibe der Milchstraße verschiebt sich im Lauf der Nacht, während sich die Erde dreht, doch Jupiter bleibt bis Dezember markant am Abendhimmel.

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Der Krebsnebel M1 von Hubble

Der Krebsnebel ist das Ergebnis einer Supernova, die 1054 n. Chr. zu sehen war.

Bildcredit: NASA, ESA, Hubble, J. Hester, A. Loll (ASU)

Beschreibung: Dieses Durcheinander blieb übrig, als ein Stern explodierte. Der Krebsnebel ist das Ergebnis einer Supernova, die 1054 n. Chr. zu sehen war. Er ist voller rätselhafter Fasern, die nicht nur ungeheuer komplex sind, sondern anscheinend auch eine geringere Masse haben, als bei der ursprünglichen Supernova ausgestoßen wurde, und eine höhere Geschwindigkeit, als man bei einer freien Explosion erwarten würde.

Dieses Bild wurde mit dem Weltraumteleskop Hubble aufgenommen. Es ist in drei Farben dargestellt, die nach wissenschaftlichen Kriterien gewählt wurden.

Der Krebsnebel ist etwa 10 Lichtjahre groß. Im Zentrum des Nebels befindet sich ein Pulsar: Das ist ein Neutronenstern, der so viel Masse hat wie die Sonne, aber nur die Größe einer Kleinstadt. Der Krebs-Pulsar rotiert etwa 30 Mal pro Sekunde um seine Achse.

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Ein Falcon-9-Mond

Raketenstart unter dem zunehmenden Mond: Eine Falcon-9-Rakete von SpaceX bringt den Satelliten SAOCOM 1B in eine polare Umlaufbahn.

Bildcredit und Bildrechte: Katie Darby

Beschreibung: Die Vollmonde, welche die Nacht auf dem Planeten Erde beleuchten, können viele Namen haben. Dieses Jahr war der letzte Vollmond im Sommer auf der Nordhalbkugel am 2. September, und manche kennen ihn als Mais-Vollmond.

Wenige Tage zuvor – am 30. August – ging der fast volle Mond kurz vor Sonnenuntergang auf und leuchtete am wolkigen Himmel über der Luftwaffenbasis Cape Canaveral an der Raumfahrtküste in Florida. Ein zeitlich gut geplanter Schnappschuss zeigt das grelle Licht der brennenden Raketentriebwerke unter der Mondscheibe, als die Unterstufe einer Falcon-9-Rakete erfolgreich zur Landezone 1 von Cape Canaveral zurückkehrte.

Ungefähr 9 Minuten zuvor hatte dieselbe Falcon-9-Rakete von SpaceX den Satelliten SAOCOM 1B in eine polare Umlaufbahn gebracht. Es war der vierte Start dieser wiederverwendbaren Falcon-9-Unterstufe und der erste Start von Cape Canaveral in eine polare Umlaufbahn seit 1969.

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Der Hexernebel

Der offene Sternhaufen NGC 7380 im Sternbild Kepheus wird landläufig Hexernebel genannt.

Bildcredit und Bildrechte: Andrew Klinger

Beschreibung: Der offene Sternhaufen NGC 7380 ist noch in seine Entstehungswolke aus interstellarem Gas und Staub eingebettet. Landläufig kennt man ihn als Hexernebel. Er befindet sich auf der linken Seite, steht ungefähr 8000 Lichtjahre entfernt im Sternbild Kepheus, im Vordergrund und Hintergrund leuchten Sterne in der Ebene unserer Milchstraße.

Der Vollmond würde die scheinbare Größe des 4 Millionen Jahre jungen Haufens und des dazugehörigen Nebels am Himmel abdecken. Der Nebel ist viel zu blass für das bloße Auge. Das Bild entstand mit fest auf der Erde montierten Teleskop und Kamera. Es zeigt viele Lichtjahre lange Formen und Strukturen aus kosmischem Gas und Staub im Inneren des Hexers.

Die verwendete Farbpalette wurde durch Bilder des Weltraumteleskops Hubble bekannt. Dazu wurde das Licht in sichtbaren Wellenlängen von Wasserstoff-, Sauerstoff- und Schwefelatomen des Nebels mit Schmalbandfiltern aufgenommen und im fertigen Digitalkomposit in grüne, blaue und rote Farben umgewandelt.

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Ein Lichthof für Andromeda

Die Andromedagalaxie M31 besitzt einen ausgedehnten Lichthof, der kürzlich mit dem AMIGA-Projekt vermessen wurde.

Credit für die digitale Illustration: NASA, ESA, J. DePasquale und E. Wheatley (STScI) und Z. Levay

Beschreibung: Die Andromedagalaxie M31 ist die größte Spiralgalaxie in der Nähe unserer Milchstraße. Sie ist ungefähr 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt und leuchtet als kleine, blasse, längliche Wolke am Nachthimmel der Erde, die mit bloßem Auge gerade noch sichtbar ist.

Unsichtbar für das Auge ist jedoch ihr gewaltiger Lichthof aus heißem, ionisiertem Gas. Auf dieser digitalen Illustration unserer Nachbargalaxie über einem felsigen Gelände ist der Hof in violetten Farbtönen dargestellt. Er wurde kartiert, indem das Weltraumteleskop Hubble die Absorption von Ultraviolettlicht von fernen Quasaren beobachtete. Die Ausdehnung und Zusammensetzung von Andromedas gasförmigem Hof wurde kürzlich mit dem AMIGA-Projekt ermittelt.

Andromedas Hof aus diffusem Plasma ist ein Reservoir an Material für künftige Sternbildung. Messungen zufolge reicht er etwa 1,3 Millionen Lichtjahre von der Galaxie – oder sogar noch weiter. Das ist ungefähr die halbe Entfernung zur Milchstraße, daher hat er wahrscheinlich Kontakt mit dem diffusen gasförmigen Hof unserer eigenen Galaxis.

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Jupiter und die Monde

Fünf Monde und ein Planet - der Erdmond und Jupiter mit seinen galileischen Monden Io, Europa, Ganymed und Kallisto.

Bildcredit und Bildrechte: Robert Fedez

Beschreibung: Wie viele Monde seht ihr? Viele Leute würden sagen: Einen, und meinen damit den Mond der Erde, der markant links unten leuchtet. Doch seht einmal das Objekt rechts oben genau an: Es sieht wie ein Stern aus, ist aber der Planet Jupiter.

Wenn ihr noch genauer hinseht, merkt ihr, dass er nicht alleine ist – er ist von einigen seiner größten Monde umgeben. Diese galileischen Monde sind – von links nach rechts – Io, Ganymed, Europa und Kallisto. Diese Monde kreisen um die jovianische Welt wie die Planeten unseres Sonnensystems um die Sonne: von der Seite aus gesehen in einer Linie.

Diese Einzelaufnahme wurde letzte Woche in Cancún in Mexiko fotografiert, als Luna auf ihrer Bahn um die Erde am fernen Planeten vorüberzog. Noch bessere Ansichten von Jupiter liefert die NASA-Raumsonde Juno, die derzeit auf einer schleifenförmigen Bahn um den größten Planeten des Sonnensystems zieht.

Der Erdmond zieht weiterhin einmal im Monat (Mon-at) fast vor Jupiter und Saturn vorbei, während sich die beiden Riesenplaneten ihrer großen Konjunktion im Dezember nähern.

Fast Hyperraum: APOD-Zufallsgenerator
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Salzwasserreste auf Ceres


Videocredit: Dawn Mission, NASA, JPL-Caltech, UCLA, MPS/DLR/IDA

Beschreibung: Hat Ceres unterirdische Wasserspeicher? Man vermutete, dass Ceres, der größte Asteroid im Asteroidengürtel, aus Gestein und Eis besteht. Gleichzeitig war bekannt, dass es auf der Oberfläche von Ceres ungewöhnlich helle Flecken gibt. Diese hellen Flecken wurden 2015 bei Dawns faszinierender Annäherung detailreich abgebildet.

Analysen der Spektren und Bilder von Dawn zeigten, dass die hellen Flecken von den Rückständen von stark reflektierendem Salzwasser stammen, das einst auf der Oberfläche von Ceres existierte, aber inzwischen verdunstet ist. Neuere Untersuchungen deuten darauf hin, dass ein Teil dieses Wassers aus dem tiefen Inneren von Ceres stammte, was vermuten lässt, dass Ceres eine Verwandte mehrerer Monde im Sonnensystem ist, bei denen ebenfalls tief liegende Wasserspeicher vermutet werden.

Dieses Video zeigt die helle verdampfte Sole mit der Bezeichnung Cerealia Facula im Krater Occator in Falschfarben-Rosarot.

2018 wurde die erfolgreiche Mission Dawn nach Verbrauch ihres Treibstoffs in einen fernen Parkorbit gebracht. Sie soll der Oberfläche Ceres‘ mindestens 20 Jahre lang fernbleiben, um einen Einfluss auf jegliches Leben zu vermeiden, das vielleicht dort existiert.

Expertendebatte: Wie findet die Menschheit erstmals außerirdisches Leben?
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SS 433: Doppelstern-Mikroquasar


Animationscredit: DESY, Science Communication Lab

Beschreibung: SS 433 ist eines der exotischsten Sternsysteme, die wir kennen. Sein unscheinbarer Name entstand durch seinen Eintrag in einem Katalog von Milchstraßensternen, die eine für atomaren Wasserstoff charakteristische Strahlung aussenden. Sein auffälliges Verhalten stammt von einem kompakten Objekt – einem schwarzen Loch oder Neutronenstern –, um das sich eine Akkretionsscheibe mit Ausströmungen gebildet hat. Da die Scheibe und die Ausströmungen von SS 433 jenen um sehr massereiche schwarze Löcher in den Zentren ferner Galaxien ähneln, vermutet man, dass SS 433 ein Mikroquasar ist.

Dieses animierte Video basiert auf Beobachtungsdaten. Es zeigt einen massereichen, heißen, normalen Stern, der gemeinsam mit dem kompakten Objekt in einer Umlaufbahn gefangen ist. Zu Beginn des Videos sieht man, wie durch Gravitation Materie vom normalen Stern losgerissen wird, die auf eine Akkretionsscheibe fällt. Der Zentralstern stößt Strahlen aus ionisiertem Gas in entgegengesetzte Richtungen aus – mit jeweils etwa einem Viertel der Lichtgeschwindigkeit.

Im nächsten Abschnitt zeigt das Video eine Aufsicht auf die ausströmenden Strahlen, die eine Präzessionsbewegung ausführen und dabei eine sich ausdehnende Spirale erzeugen. Danach sieht man die sich ausbreitenden Strahlen aus noch größerer Entfernung nahe dem Zentrum im Supernovaüberrest W50.

Vor zwei Jahren fand man mithilfe der HAWC-Detektoranordnung in Mexiko unerwartet heraus, dass SS 433 Gammastrahlen mit ungewöhnlich hoher Energie (im TeV-Bereich) aussendet. Doch es gibt weitere Überraschungen: Eine aktuelle Analyse von Archivdaten des NASASatelliten Fermi zeigt eine Gammastrahlenquelle, die – wie man hier sieht – von den Zentralsternen getrennt ist, und die aus bisher unbekannten Gründen Gammastrahlenpulse mit einer Periode von 162 Tagen aussendet – das entspricht der Präzessionsperiode der Strahlen von SS 433.

Lehrende und Studierende: Ideen für die Verwendung von APOD im Lehrsaal
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NGC 6357: Kathedrale der massereichen Sterne

Ein Mehrfachstern im offenen Haufen Pismis 24 gehört zu den massereichsten Sternen, die wir kennen.

Bildcredit: NASA, ESA und Jesús Maíz Apellániz (IAA, Spanien); Danksagung: Davide De Martin (ESA/Hubble)

Beschreibung: Wie massereich kann ein normaler Stern sein? Schätzungen anhand von Helligkeit, Entfernung und Standard-Sonnenmodellen ergaben, dass ein Stern im offenen Haufen Pismis 24 mehr als 200 Sonnenmassen besitzt. Das macht ihn zu einem der massereichsten Sterne, die wir kennen. Der Stern ist im Bild das hellste Objekt knapp über der Gaswolke.

Eine genaue Untersuchung von Bildern, die mit dem Weltraumteleskop Hubble aufgenommen wurden, zeigten jedoch, dass die gleißende Leuchtkraft des Pismis 24-1 nicht von einem einzelnen Stern stammt, sondern von mindestens dreien. Die einzelnen Sternkomponenten hätten immer noch jeweils fast 100 Sonnenmassen. Damit gehören sie zu den massereichsten Sternen, die derzeit bekannt sind.

Am unteren Bildrand entstehen im dazugehörigen Emissionsnebel NGC 6357 immer noch Sterne. Die energiereichen Sterne in der Nähe des Zentrums, das an eine gotische Kathedrale erinnert, brechen scheinbar aus und beleuchten einen atemberaubenden Kokon.

Lehrende und Studierende: Ideen für die Verwendung von APOD im Lehrsaal
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Mars-Chiaroscuro

Diese Szene wurde am 24. Januar 2014 von der HiRISE-Kamera an Bord des Mars Reconnaissance Orbiter aufgenommen.

Bildcredit: HiRISE, MRO, LPL (U. Arizona), NASA

Beschreibung: Tiefe Schatten erzeugen auf dieser hochaufgelösten Nahaufnahme der Marsoberfläche dramatische Kontraste zwischen Hell und Dunkel. Die Szene wurde am 24. Januar 2014 von der HiRISE-Kamera an Bord des Mars Reconnaissance Orbiter aufgenommen, sie ist ungerfähr 1,5 Kilometer breit.

Aus einer Höhe von 250 Kilometern blickt die Kamera auf den Roten Planeten hinab, über ein Sanddünenfeld in einem südlichen Hochlandkrater. Die Aufnahme wurde fotografiert, als die Sonne ungefähr 5 Grad über dem lokalen Horizont stand und nur die Dünenkämme voll im Sonnenlicht lagen. Ein langer, kalter Winter kam auf die Südhalbkugel zu, und die Marsdünen waren von den hellen Rändern jahreszeitlich bedingten Reifrücken gesäumt.

Der Mars Reconnaissance Orbiter, eine der ältesten Raumsonden beim Roten Planeten, die noch in Betrieb sind, feierte am 12. August das 15. Jubiläum seines Starts vom Planeten Erde.

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