Die doppelt verzerrte Welt der binären Schwarzen Löcher


Credit für die Wissenschaftliche Visualisierung: NASA, Goddard Space Flight Center, Jeremy Schnittman und Brian P. Powell – Text: Francis Reddy

Beschreibung: In dieser faszinierenden Computervisualisierung bahnen sich Lichtstrahlen von Akkretionsscheiben um ein Paar einander umkreisender supermassereicher Schwarzer Löcher ihren Weg durch die gekrümmte Raumzeit, die durch extreme Gravitation entsteht.

Die simulierten Akkretionsscheiben wurden mit zwei Falschfarbschemata versehen: Rot für die Scheibe um ein Schwarzes Loch mit 200 Millionen Sonnenmassen, und blau für die Scheibe um ein Schwarzes Loch mit 100 Millionen Sonnenmassen. Das macht es einfacher, die Lichtquellen zu verfolgen, doch die Wahl spiegelt auch die Wirklichkeit wieder: Heißeres Gas gibt Licht ab, das näher am blauen Ende des Spektrums liegt, und Materie, die um kleinere Schwarze Löcher kreist, erfährt stärkere Gravitationseffekte, die höhere Temperaturen erzeugen. Bei den vorhandenen Massen würden die beiden Akkretionsscheiben jedoch den Großteil ihres Lichtes in Ultraviolett abstrahlen.

Im Video sind verzerrte Sekundärbilder des blauen Schwarzen Lochs zu sehen, welche die Sicht des roten Schwarzen Lochs auf seinen Partner zeigen. Sie befinden sich im verworrenen Geflecht der roten Scheibe, die durch die Gravitation des blauen Schwarzen Lochs im Vordergrund verzerrt wird.

Weil wir die rote Sicht auf das Blau und gleichzeitig blau direkt sehen, erlauben uns die Bilder eine gleichzeitige Sicht auf beide Seiten von Blau. Rotes und blaues Licht, das von beiden Schwarzen Löchern stammt, ist im innersten Lichtring zu sehen, dem sogenannten Photonenring in der Nähe ihrer Ereignishorizonte.

Astronom*innen erwarten, dass sie in nicht allzu ferner Zukunft Gravitationswellen nachweisen können, das sind Wellen in der Raumzeit, die entstehen, wenn zwei supermassereiche Schwarze Löcher in einem System wie diesem hier einander auf spiralförmigen Bahnen nähern und verschmelzen.

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Ingenuity: Mini-Helikopter auf dem Mars

Der Helikopter Ginny ist so klein wie ein Toaster. Sie besitzt vier lange Beine und zwei noch längere Rotoren (1,2 Meter).

Illustrationscredit: NASA, JPL-Caltech, Mars 2020 – Perseverance

Beschreibung: Was wäre, wenn ihr auf dem Mars herumfliegen könntet? Die NASA hat letzten Monat wohl genau diese Fähigkeit erworben, und zwar mit der Landung des Rovers Perseverance und dessen kleinem, flugfähigem Begleiter mit der Bezeichnung Ingenuity und dem Spitznamen Ginny.

Der Helikopter Ginny ist so klein wie ein Toaster. Sie besitzt vier lange Beine und zwei noch längere Rotoren (1,2 Meter), und sie ist die erste ihrer Art – noch nie gab es irgendetwas Vergleichbares. Nach dem Abladen – voraussichtlich im April – geht der fahrzeuggroße Perseverance („Percy“) auf Abstand, um Ginny Platz zu machen, damit sie ihren neuartigen ersten Flug wagen kann.

Diese künstlerische Darstellung zeigt Ginnys lange Rotoren, die ihr den nötigen Hub verschaffen, um in der dünnen Marsatmosphäre fliegen und das Gebiet um Perseverance zu erkunden. Ingenuity fliegt zwar selbst nicht sehr weit, doch sie ist der Prototyp für alle künftigen flugfähigen Roboter im Sonnensystem, die vielleicht über große Strecken fliegen werden – nicht nur auf dem Mars, sondern auch auf Titan.

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Mammatuswolken über Mount Rushmore

Diesen Berg nennen die einheimischen Lakota

Bildcredit und Bildrechte: Laure Mattuzzi

Beschreibung: Was befindet sich unter diesen seltsamen Wolken? Präsidenten. Wenn ihr genau hinseht, erkennt ihr vielleicht die Köpfe von vier früheren US-Präsidenten, die in den berühmten Mount Rushmore in South Dakota (USA) gemeißelt wurden.

Viel deutlicher zeigt das Bild die ungewöhnlichen Mammatuswolken, die kurze Zeit darüber zogen. Beides wurde Anfang September von einem überraschten Touristen mit einer schnellen Kamera fotografiert. Gewöhnliche Wolken mit flachen Unterseiten entstehen, wenn feuchte, ruhige Luftschichten aufsteigen. Anders die kühlen, buckeligen Mammatuswolken – sie entstehen, wenn eishaltige, turbulente Lufttaschen absinken und sich erwärmen. Solche turbulente Luft geht häufig mit einem Gewitter einher. Jede Mammatustasche ist etwa einen Kilometer groß.

Den größeren Berg nennen die einheimischen LakotaSechs Großväter“ nach den Gottheiten für die Richtungen Nord, Süd, Ost, West, oben und unten.

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Das Auge des Mondes

Der Mond in der Öffnung dieses Felsbögens im Arches-Nationalpark in der Nähe von Moab in Utah (USA) sieht wie ein Auge am Himmel aus.

Bildcredit und Bildrechte: Zachery Cooley

Beschreibung: Wer beobachtet hier wen? Dieses Bild des Mondes hinter dem Tor einer Felswand wirkt wie ein riesiges Auge, das uns ansieht. Das Foto von Ende Oktober ist zwar nur eine einzige Aufnahme, doch das visuelle Duplikat erforderte eine Menge Planung.

Das fotografische Ziel wurde erstens durch präzise zeitliche Planung erreicht, damit der fast volle Mond im in diesem augenförmigen Bogen erscheinen würde, zweitens durch exakte räumliche Planung, damit der Winkeldurchmesser des Mondes bildhaft in den Gesteinsbogen passte, und drittens durch Glück, damit der Himmel klar war und die ganze Anordnung funktionierte. Die scheinbar zufällige Überlagerung wurde mithilfe dreier Smartphone-Apps technisch umgesetzt.

Der Sandsteinbogen, der durch Erosion geformt wurde, ist Millionen Jahre alt und nur einer von Tausenden natürlichen Felsbögen im Arches-Nationalpark in der Nähe von Moab in Utah (USA). Im Gegensatz dazu findet ihr den Mond die Hälfte der Zeit eigentlich überall auf der Erde am Himmel.

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Der große Truthahnnebel

Dieser große, frei erfundene Truthahnnebel sieht dem Orionnebel überraschend ähnlich.

Illustrationscredit und Bildrechte: Eric Coles

Beschreibung: Der große Truthahnnebel, der dieses kreative Bild ausfüllt, sieht dem großen Orionnebel überraschend ähnlich. Wäre es der Orionnebel, dann wäre er natürlich unser nächstliegendes großes Sternentstehungsgebiet am Rand einer großen Molekülwolke, die etwa 1500 Lichtjahre entfernt ist.

Der Orionnebel ist auch als M42 bekannt, ihr seht ihn mit bloßem Auge als mittleren „Stern“ im Schwert des Jägers Orion. Dieses Sternbild geht derzeit am Abendhimmel des Planeten Erde auf. Die Sternwinde der Haufen neu entstandener Sterne, die überall im Orionnebel verteilt sind, formen seine Ränder und Höhlungen, die uns von Teleskopbildern her vertraut sind.

Dieser große, frei erfundene Truthahnnebel ist ähnlich groß wie der Orionnebel mit einem Durchmesser von ungefähr 13 Lichtjahren. Bleibt vorsichtig und gesund!

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Fünfzig Gravitationswellen-Ereignisse bildlich dargestellt

Diese Illustration veranschaulicht die Massen der ersten 50 Ereignisse.

Bildcredit: LIGOVirgo-Arbeitsgruppe, Frank Elavsky, Aaron Geller, Northwestern U.

Beschreibung: Mehr als 50 Gravitationswellenereignisse wurden mittlerweile entdeckt. Diese Ereignisse markieren die fernen, gewaltigen Kollisionen von entweder zwei schwarzen Löchern oder einem schwarzen Loch mit einem Neutronenstern oder von zwei Neutronensternen. Die meisten dieser 50 Ereignisse wurden 2019 mit den LIGO-Gravitationswellendetektoren in den USA und dem VIRGO-Detektor in Europa entdeckt.

Diese Illustration veranschaulicht die Massen der ersten 50 Ereignisse. Blaue Punkte zeigen schwarze Löcher mit höherer Masse, während orangefarbene Punkte Neutronensterne mit geringerer Masse kennzeichnen. Astrophysikerinnen und Astrophysiker sind derzeit jedoch nicht sicher, was die Natur von Ereignissen betrifft, die weiß markiert sind, und deren Massen anscheinend in der Mitte liegen – zwischen zwei und fünf Sonnenmassen.

Am Nachthimmel in sichtbarem Licht überwiegen nahe helle Sterne, die seit Anbeginn der Menschheit bekannt sind. Im Gegensatz dazu überwiegen am Gravitationswellenhimmel ferne, dunkle schwarze Löcher, die seit weniger als fünf Jahre bekannt sind.

Dieser Unterschied ist aufschlussreich: Wenn man den Gravitationswellenhimmel versteht, verändert schon das allein das Wissen der Menschheit – nicht nur über Sterngeburt und -tod im ganzen Universum, sondern sogar über die Eigenschaften des Universums selbst.

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Galaxie des Schreckens

Geheimnisvolle Dunkle Materie, Friedhofsgalaxie, Zombie-Welten und Gammastrahlenausbrüche des Verderbens.

Poster-Illustration-Credit: NASA, JPL-Caltech, The Galaxy of Horrors

Beschreibung: Heute Abend könnt ihr die extremen und furchterregenden Welten des Universums erkunden. Wenn ihr einen Blick riskiert, sind geheimnisvolle dunkle Materie, eine Friedhofsgalaxie, Zombie-Welten und Gammastrahlenausbrüche des Verderbens noch nicht alles, was euch erwartet.. Folgt einfach dem Link und denkt daran: Es basiert alles auf echter Wissenschaft, sogar die unheimlichen Stellen. Ich wünsche euch ein sicheres und fröhliches Halloween!

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Illustration eines Venus-Vulkans

Künstlerische Darstellung eines ausbrechenden Vulkans auf der Venus.

Illustrationscredit: NASA, JPL-Caltech, Peter Rubin

Beschreibung: Wie sieht wohl ein ausbrechender Vulkan auf der Venus aus? Zu Beginn dieses Jahres wurden Hinweise auf aktuell aktive Vulkane auf der Venus veröffentlicht, nachdem Regionen, in denen nur urzeitliche Vulkane vermutet wurden, unerklärbar warm wurden. Es gibt zwar großflächige Aufnahmen der Venus mit Radar, doch die dicken Schwefelsäurewolken verhindern Abbildungen in sichtbarem Licht.

Nichtsdestotrotz seht ihr hier einen ausbrechenden Vulkan auf der Venus in Form einer künstlerischen Darstellung.

Vulkane könnten eine wichtige Rolle im Lebenszyklus auf der Venus spielen, indem sie chemische Nährstoffe in die kühlere obere Atmosphäre schleudern, wo vielleicht hungrige Mikroben schweben. Das Bild zeigt, wie die Rauchwolke eines ausbrechenden Vulkans aufsteigt, während ein gewaltiges Lavafeld einen Teil der heißen, rissigen Oberfläche des überhitzten Zwillings der Erde bedeckt.

Die Möglichkeit mikrobieller Venusianer in der Atmosphäre ist natürlich reizvoll, aber derzeit umstritten.

Beschreibung eines APOD auf TikTok von astrokirsten

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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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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.

Astrophysiker*innen: Stöbern Sie in mehr als 2200 Codes der Astrophysics Source Code Library
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Der Ursprung der Elemente

Dieses farbcodierte Periodensystem zeigt die Einschätzung der Menschheit, was den nuklearen Ursprung aller bekannten Elemente betrifft.

Bildcredit und Lizenz: Wikipedia: Cmglee; Daten: Jennifer Johnson (OSU)

Beschreibung: Der Wasserstoff in eurem Körper, der in jedem Wassermolekül steckt, stammt vom Urknall. Es gibt keine andere nennenswerte Quelle für Wasserstoff im Universum.

Der Kohlenstoff in eurem Körper entstand durch Kernfusion im Inneren von Sternen, ebenso der Sauerstoff.

Ein Großteil des Eisens in eurem Körper entstand in Supernovae von Sternen, die sich vor langer Zeit und in weiter Ferne ereigneten.

Das Gold in eurem Schmuck entstand wahrscheinlich in Neutronensternen bei Kollisionen, die als kurze Gammablitze oder Gravitationswellenereignisse sichtbar waren.

Elemente wie Phosphor und Kupfer sind nur in winzigen Spuren in unserem Körper vorhanden, sie sind aber notwendig für die Funktion allen bekannten Lebens.

Dieses Periodensystem ist farbcodiert und zeigt die Einschätzung der Menschheit, was den nuklearen Ursprung aller bekannten Elemente betrifft. Die Orte der atomaren Entstehung einiger Elemente wie Kupfer sind nicht wirklich bekannt und bleiben Gegenstand von beobachtender und computergestützter Forschung.

Beinahe Hyperraum: APOD-Zufallsgenerator

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