Hintergrundstrahlung – Weltraumbild des Tages

3. April 20223. April 2022

CMB-Dipol: Mit Vollgas durchs Universum

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

Beschreibung: Unsere Erde steht nicht still. Die Erde bewegt sich um die Sonne. Die Sonne wandert um das Zentrum der Milchstraße. Die Milchstraße umkreist die Lokale Gruppe. Die Lokale Gruppe stürzt zum Virgo-Galaxienhaufen.

Doch all diese Geschwindigkeiten sind nichts im Vergleich zu jener, mit der sich all diese Objekte zusammen relativ zur kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (CMBR) bewegen. Diese Ganzhimmelskarte des Satelliten COBE aus dem Jahr 1993 zeigt das Mikrowellenlicht in Richtung der Erdbewegung blauverschoben und somit heißer, während die Mikrowellenstrahlung auf der gegenüberliegenden Seite des Himmels rotverschoben und somit kälter ist.

Die Karte zeigt, dass sich die Lokale Gruppe mit etwa 600 Kilometern pro Sekunde relativ zu dieser urzeitlichen Strahlung bewegt. Diese hohe Geschwindigkeit war zunächst unerwartet und die Größe ist immer noch unerklärlich. Warum bewegen wir uns so schnell? Was ist da draußen?

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16. März 202216. März 2022

Das beobachtbare Universum

Bildcredit und Lizenz: Wikipedia, Pablo Carlos Budassi

Beschreibung: Wie weit sehen wir? Alles, was hier zu sehen ist, und alles, was ihr vielleicht jetzt gerade sehen könntet, wenn eure Augen jede Art von Strahlung wahrnehmen könnten, ist das beobachtbare Universum.

Das am weitesten entfernte Licht stammt vom kosmischen Mikrowellenhintergrund aus einer Zeit vor 13,8 Milliarden Jahren. Davor war das Universum undurchsichtig wie dicker Nebel. Einige Neutrinos und Gravitationswellen, die uns umgeben, kommen von noch weiter draußen, doch die Menschheit hat noch nicht die Technik, um sie zu erfassen.

Dieses Bild veranschaulicht das beobachtbare Universum in einem immer kompakteren Maßstab. In der Mitte befinden sich Erde und Sonne, umgeben von unserem Sonnensystem, nahen Sternen, nahen Galaxien, fernen Galaxien, Fasern von früher Materie und dem kosmischen Mikrowellenhintergrund.

Kosmolog*innen nehmen in der Regel an, dass unser beobachtbares Universum nur der nahe gelegene Teil eines größeren Ganzen ist, das wir „das Universum“ nennen und in dem überall dieselbe Physik gilt. Es gibt jedoch auch einige populäre, aber spekulative Ansätze, die besagen, dass unser Universum Teil eines größeren Multiversums sind, in dem andere physikalische Konstanten und Gesetze gelten, höhere Dimensionen oder leicht abweichende Versionen unseres Standarduniversums existieren.

Quelle: Hoch aufgelöste Bildversion mit lesbarer Beschriftung | klickbare Beschriftung
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30. Juni 20212. Juli 2021

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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23. Juni 20208. Februar 2022

Der Röntgenhimmel von eROSITA

Bildcredit und Bildrechte: J. Sanders, H. Brunner und eSASS Team (MPE); E. Churazov, M. Gilfanov (IKI)

Beschreibung: Was wäre, wenn Sie Röntgenstrahlen sehen könnten? Der Nachthimmel wäre ein seltsamer, fremdartiger Ort. Röntgenstrahlen haben ungefähr 1000-mal mehr Energie als die Photonen von sichtbarem Licht. Sie entstehen durch gewaltige Explosionen sowie in astronomischen Umgebungen mit hoher Temperatur. Statt der vertrauten ruhigen Sterne wäre der Himmel voller exotischer Sterne, aktiver Galaxien und heißer Supernovaüberreste.

Dieses Röntgenbild zeigt den ganzen Himmel beispiellos detailreich in Röntgenlicht, abgebildet vom Weltraumteleskop eROSITA an Bord des Satelliten Spektr-RG, der letztes Jahr in einen L2-Orbit gestartet wurde.

Die Ebene unserer Milchstraße verläuft quer über die Mitte. Das Bild zeigt einen diffusen, überall vorhandenen Röntgenhintergrund und die heiße interstellare Blase, die als Nordpolar-Sporn bezeichnet wird. Auch glühend heiße Supernovaüberreste wie Vela, die Cygnus-Schleife und Cas A oder energiereiche Doppelsterne wie Cyg X-1 und Cyg X-2 sind abgebildet, weiters die GMW und die Galaxienhaufen in Coma, Virgo und Fornax.

Dieses erste Ganzhimmelsbild von eROSITA zeigt mehr als eine Million Röntgenquellen, von denen manche noch nicht erklärbar sind und daher sicherlich weiter erforscht werden.

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17. Juni 202015. Juni 2020

Magnetische Stromlinien der Milchstraße

Bildcredit: ESA, Planck; Text: Joan Schmelz (USRA)

Beschreibung: Welche Rolle spielen Magnetfelder in der interstellaren Physik? Der ESA-Satellit Planck untersuchte die Emissionen kleiner, magnetisch ausgerichteter Staubkörnchen. Die Auswertung der Beobachtungen zeigt zuvor unbekannte Magnetfeldstrukturen in unserer Milchstraße, die auf diesem Ganzhimmelsbild als gekrümmte Linien dargestellt sind.

Die Ebene der Milchstraße ist dunkelrot – dort ist die Staubkonzentration am höchsten. Die riesigen Bögen über der Ebene sind wahrscheinlich Überreste vergangener Explosionen im Kern unserer Galaxis, die vom Konzept her den magnetischen schleifenartigen Strukturen in der Atmosphäre unserer Sonne ähnlich sind.

Die gekrümmten Stromlinien decken sich mit den interstellaren Fasern aus neutralem Wasserstoff und liefern den reizvollen Hinweis, dass Magnetfelder die Gravitation nicht nur beim Formen des interstellaren Mediums ergänzen können, sondern auch bei der Entstehung neuer Sterne. Auf welche Weise Magnetismus die Entwicklung unserer Galaxis beeinflusste, wird wohl in den nächsten Jahren weiterhin erforscht.

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6. August 201919. November 2019

Die lokale Leere im nahen Universum

Bildcredit: R. Brent Tully (U. Hawaii) et al.

Beschreibung: Wie sieht unsere Region des Universums aus? Da Galaxien so weit über den Himmel verteilt sind, und weil unsere Milchstraße einen Teil des fernen Himmels abdeckt, war es schwierig, das zu beurteilen. Doch nun wurde eine neue Karte erstellt, die aus großräumigen Galaxienbewegungen ableitet, welche massereichen Objekte im nahen Universum gravitativen Einfluss ausüben müssen.

Diese Karte hat eine Seitenlänge von mehr als 600 Millionen Lichtjahren und zeigt, dass unsere Galaxis am Rand des Virgo-Galaxienhaufens liegt, der mit dem großen Attraktor verbunden ist – einer noch größeren Galaxiengruppierung. In der Nähe befinden sich auch der massereiche Koma-Haufen und der ausgedehnte Perseus-Fische-Superhaufen.

Andererseits befinden wir uns auch am Rand einer riesigen Region, die fast frei von Galaxien ist, und die als lokale Leere bekannt ist. Der abstoßende Schub der lokalen Leere, kombiniert mit dem gravitativen Zug zur erhöhten Galaxiendichte auf der anderen Seite des Himmels, erklärt einen Teil der rätselhaft hohen Geschwindigkeit unserer Galaxis vor dem kosmischen Mikrowellenhintergrund – aber nicht zur Gänze.

Wenn Sie das lokale Universum selbst – wie von Cosmicflows-3 beschrieben- erforschen möchten, können Sie diese interaktive 3D-Visualisierung vergrößern und drehen.

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22. Juli 201814. November 2023

Planck-Karten des Mikrowellenhintergrundes

Bildcredit: Europäische Weltraumorganisation, Planck Collaboration

Beschreibung: Woraus besteht unser Universum? Um das herauszufinden, startete die ESA den Satelliten Planck, der von 2009 bis 2013 so detailreich wie nie zuvor leichte Temperaturunterschiede auf der ältesten optischen Oberfläche kartierte, die wir kennen – dem Himmelshintergrund, der vor Milliarden Jahren übrig blieb, als unser Universum erstmals für Licht transparent wurde.

Dieser kosmische Mikrowellenhintergrund ist in allen Richtungen sichtbar. Es ist ein komplexer Bildteppich, der die beobachteten heißen und kalten Muster nur dort aufweist, wo das Universum aus bestimmten Arten von Energie besteht, die sich auf bestimmte Weise entwickelt haben. Letzte Woche wurden die endgültigen Ergebnisse veröffentlicht. Diese bestätigen erneut, dass ein Großteil unseres Universums aus rätselhafter, unbekannter Dunkler Energie besteht, und dass auch ein Großteil der verbleibenden Materienenergie seltsam dunkel ist.

Zusätzlich bestätigen die „finalen“ 2018er-Planckdaten eindrucksvoll, dass das Alter des Universums etwa 13,8 Milliarden Jahre beträgt, und dass die lokale Expansionsrate, die als Hubblekonstante bezeichnet wird, 67,4 (+/- 0,5) km/sec/Mpc beträgt. Seltsamerweise ist diese durch Beobachtung des frühen Universums ermittelte Hubblekonstante etwas niedriger ist als jene, die durch andere Methoden im späten Universum ermittelt wurde. Die dadurch entstehende Diskrepanz sorgt für viele Diskussionen und Mutmaßungen.

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8. Mai 201815. November 2023

Das beobachtbare Universum

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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10. April 201714. November 2023

Galaxienhaufengas reißt Loch in die Hintergrundstrahlung

Bildcredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Kitayama et al., NASA/ESA Weltraumteleskop Hubble

Beschreibung: Warum reißt dieser Galaxienhaufen ein Loch in die kosmische Hintergrundstrahlung? Die berühmte Hintergrundstrahlung entstand durch abkühlendes Gas im frühen Universum und dringt durch den Großteil an Gas und Staub im Universum. Sie umgibt uns von allen Seiten.

Große Galaxienhaufen haben genug Gravitation, um sehr heißes Gas zu enthalten – dieses Gas ist heiß genug, um Mikrowellenphotonen in Licht mit deutlich mehr Energie hinaufzuverteilen und so ein Loch in CMB-Karten zu bilden. Dieser sogenannte Sunjajew-Seldowitsch-Effekt hilft seit Jahrzehnten, um neue Information über heißes Gas in Haufen zu bekommen, und man kann damit sogar Galaxienhaufen auf einfache und einheitliche Art und Weise zu entdecken. Hier ist das bisher detailreichste Bild des Sunjajew-Seldowitsch-Effekts: Mithilfe von ALMA wurde die Hintergrundstrahlung vermessen, und mit dem Weltraumteleskop Hubble wurden die Galaxien im massereichen Galaxienhaufen RX J1347.5-1145 abgebildet. Falschfarbenblau zeigt das Licht der Hintergrundstrahlung, und fast jedes gelbliche Objekt ist eine Galaxie. Die Form des SS-Lochs zeigt nicht nur, dass heißes Gas überall im Galaxienhaufen vorhanden ist, sondern auch, dass es überraschend ungleich verteilt ist.

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15. Juni 201431. Oktober 2023

CMB-Dipol: Durchs Universum rasen

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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18. März 201431. Oktober 2023

Kosmische Wirbel in der Mikrowellenkarte zeigen Hinweise auf Inflation

Bildcredit: BICEP2–Kollaboration, NSF, Steffen Richter (Harvard)

Beschreibung: Gab es in der Geschichte des Universums einen frühen Zeitabschnitt mit extrem schneller Ausdehnung? Ein solcher inflationärer Zeitraum wurde postuliert, um einige rätselhafte Eigenschaften des Kosmos zu erklären, etwa warum unser Universum in entgegengesetzten Richtungen ähnlich aussieht. Gestern wurden Ergebnisse veröffentlicht, die einen überraschend starken erwarteten Hinweis zeigen, der die Vorhersage der Inflation stützt, nämlich dass es in der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung charakteristische Polarisationsmuster geben sollte. Die Hintergrundstrahlung ist Licht, das vor 13,8 Milliarden Jahren ausgestrahlt wurde, als das Universum erstmals durchsichtig wurde. Diese frühen Wirbelmuster werden als B-Modus-Polarisationen bezeichnet und können direkt auf Druck- und Dehnungseffekte zurückgeführt werden, die Gravitationswellen auf Photonen ausstrahlende Elektronen ausüben. Die überraschenden Ergebnisse wurden in Daten des Mikrowellen-Observatoriums Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization 2 (BICEP2) entdeckt, das in der Nähe des Südpols steht. BICEP2 ist die oben links abgebildete, auf dem Gebäude montierte Schüsselantenne. Beachten Sie, wie im Bildeinschub, der eine Mikrowellen-Himmelskarte zeigt, die schwarzen Polarisationsvektoren um die eingefärbten Temperaturspitzen zu wirbeln scheinen. Obwohl die Schlussfolgerungen statistisch schlüssig sind, werden sie wahrscheinlich umstritten bleiben, während in unabhängigen Beobachtungen nach Bestätigung gesucht wird.

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