Hintergrundstrahlung – Seite 2 – Weltraumbild des Tages

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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25. März 201330. Oktober 2023

Planck kartiert den kosmischen Mikrowellenhintergrund

Bildcredit: Europäische Weltraumagentur ESA, Planck Collaboration

Beschreibung: Woraus besteht unser Universum? Um das herauszufinden, startete die ESA den Satelliten Planck, um leichte Temperaturunterschiede in der ältesten bekannten Oberfläche so detailreich wie nie zuvor zu kartieren – den Hintergrundhimmel, der vor Milliarden Jahren zurückblieb, als unser Universum erstmals für Licht durchlässig wurde. Dieser in alle Richtungen beobachtbare kosmische Mikrowellenhintergrund ist ein komplexer Bildteppich, der die heißen und kalten Muster zeigt, die dort zu beobachten sind, wo das Universum aus spezifischen Arten von Energie besteht, die sich in einer bestimmten Weise entwickelte. Die Ergebnisse, die letzte Woche veröffentlicht wurden, bestätigen erneut, dass ein Großteil unseres Universums hauptsächlich aus geheimnisvoller und fremdartiger Dunkler Energie besteht, und dass sogar ein Großteil der Energie der restlichen Materie seltsam dunkel ist. Außerdem bestimmen die Planck-Daten das Alter des Universums eindrucksvoll mit etwa 13,81 Milliarden Jahren. Damit ist es nur wenig älter als mit zahlreichen anderen Instrumenten abgeschätzt wurde, etwa dem WMAP-Satelliten der NASA. Seine Ausdehnungsrate beträgt 67,3 (+/- 1,2) km/s/Mpc – also etwas weniger als laut früheren Schätzungen. Einige Besonderheiten der obigen Himmelskarte bleiben unbekannt, etwa warum die Temperaturschwankungen auf einer Himmelshälfte etwas größer zu sein scheinen als auf der anderen.

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3. Oktober 201120. April 2024

Film mit Dunkler Materie aus der Bolshoi-Simulation

Stellt euch vor, ihr könnt durch das Universum fliegen und Dunkle Materie sehen! An der Technologie für so einen Flug wird noch gearbeitet. Doch der Technik gelang mit Abschluss der Bolshoi-Kosmologie-Simulation ein großer Schritt bei der Visualisierung so eines Flugs. Nach 6 Millionen CPU-Stunden warf der siebtschnellste Supercomputer der Welt viele wissenschaftliche Neuheiten aus. Eine davon war diese Flugsimulation.

Am Beginn stand eine relativ gleichmäßige Verteilung der Dunklen Materie im frühen Universum. Diese sieht man am Mikrowellenhintergrund und anderen großen Datensätzen des Himmels. Die Bolshoi-Simulation folgte mit dem kosmologischen Standardmodell der Entwicklung des Universums bis zur Jetztzeit. Die Simulation seht ihr oben.

Die hellen Punkte im Video sind Knoten aus eigentlich unsichtbarer Dunkler Materie. Viele Knoten enthalten normale Galaxien. Markant sind lange Fasern und Galaxienhaufen. Sie werden von der Gravitation der Dunklen Materie bestimmt. Statistische Vergleiche zwischen Bolshoi und Himmelskarten von Galaxien zeigen eine hohe Übereinstimmung.

Die Bolshoi-Simulation stützt zwar das Vorhandensein Dunkler Materie. Doch viele Fragen zum Universum bleiben offen: Wie ist Dunkle Materie zusammengesetzt? Was ist die Natur der Dunklen Energie? Wie entstanden die ersten Sterngenerationen und Galaxien?

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21. März 201120. März 2024

Die kalte CMB-Stelle

Eine ovale Scheibe mit der Grundfarbe Cyan ist von grünen, gelben, dunkelblauen und wenigen roten Flecken übersät.

Credit: WMAP-Wissenschaftsteam, NASA

Beschreibung: Wie konnte ein Teil des frühen Universums so kalt sein? Niemand weiß das mit Sicherheit. Viele Forschende glauben, dass die kalte Stelle in der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (CMB) nicht besonders ungewöhnlich ist. Als das frühe Universum sich ausdehnte und abkühlte, wurde es plötzlich und vorhersagbar transparent.

Die Photonen, die aus dieser Epoche zu uns kommen, sind überall um uns herum als kosmische Hintergrundstrahlung zu sehen. Nun ist dieses Strahlungsfeld zwar ziemlich gleichförmig, es hat aber etwas wärmere und kühlere Stellen, die uns viel über das frühe Universum verraten, in dem der Hintergrund geprägt wurde. Bis auf vielleicht eine Stelle.

Die oben gezeigte Karte des ganzen Himmels wurde von WMAP im Laufe von 7 Jahren erstellt. Die darauf erkennbare kalte Stelle in der Hintergrundstrahlung fiel auf, weil sie vielleicht zu groß und zu kalt ist, um leicht erklärt werden zu können. Zu den Vermutungen zählen spektakuläre Hypothesen wie eine riesige Leere, eine kosmische Textur oder sogar Quantenverschränkung mit einem Paralleluniversum.

Gut möglich ist aber auch, dass man sogar in einem gewöhnlicheren Universum eine solche statistische Eigenart erwarten kann. Daher sagen die Erklärungen der kalten CMB-Stelle vielleicht mehr über die menschliche Phantasie aus als über das frühe Universum.

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9. Juli 20107. Februar 2024

Mikrowellenmilchstraße

Der ganze Himmel in Mikrowellenstrahlung ist auf einer ovalen Karte dargestellt. Waagrecht verläuft die helle Milchstraße, nach oben und unten verlaufen violette Schlieren auf einem dunkelroten Hintergrund.

Credit: ESA, Arbeitsgruppen Planck HFI- und LFI

Beschreibung: Die Milchstraße verläuft mitten durch diese Falschfarben-Ansicht des ganzen Himmels. Wir sehen die Galaxis von der Kante. Die große Mikrowellenkarte entstand aus Daten, die in einem Jahr mit den Instrumenten der Raumsonde Planck gesammelt wurden. Planck kartiert den ganzen Himmel.

Die hellen Streifen aus Gas- und Staubwolken in der galaktischen Ebene und die riesigen gewölbten Strukturen der Galaxis im Mikrowellenenbereich sind Hunderte oder Tausende Lichtjahre entfernt. Die gesprenkelten Regionen oben und unten entsprechen der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung (CMB), sie sind an die 13.7 Milliarden Lichtjahre entfernt. Schwankungen in der kosmischen Hintergrundstrahlung, die vom Urknall übrig sind, entsprechen den Ursprüngen von Strukturen im entstehenden Universum.

Die Forschenden von Planck, welche die Mikrowellendaten analysieren, wollen den Anteil der Milchstraße von der Hintergrundstrahlung trennen. Damit sollen die Eigenschaften der Hintergrundstrahlung am ganzen Himmel untersucht werden. Das verspricht Informationen über den Aufbau unserer Milchstraße.

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20. Januar 201025. Dezember 2023

Das uns bekannte Universum

Credit und Bildrechte: Amerikanisches Naturhistorisches Museum

Beschreibung: Wie würde eine Reise durch das uns bekannte Universum aussehen? Um sich das vorstellen zu können produzierte das Amerikanische Naturhistorisches Museum einen aktuellen Film, der zahlreiche visuelle Höhepunkte einer solchen Reise zeigt. Das Video beginnt auf der Erde im Himalaya, entfernt sich dann dramatisch und zeigt die Satelliten der Erde, die Sonne, das Sonnensystem, die Ausdehnung der ersten Radiosignale der Menschheit, die Milchstraße, nahe gelegene Galaxien, ferne Galaxien und Quasare. Wenn schließlich die ferne Oberfläche des Mikrowellenhintergrundes erreicht ist, wird Strahlung abgebildet, die Milliarden Lichtjahre entfernt abgestrahlt wurde, weniger als eine Million Jahre nach dem Urknall. Jedes Objekt im Video wurde unter Verwendung des Digital Universe Atlas gerendert, der auf den wissenschaftlichen Erkenntnissen von 2009 basiert – dem Jahr, in dem das Video produziert wurde. Der Film hat eine Ähnlichkeit mit dem berühmten Video Zehn hoch, das ein Favorit vieler Weltraumfreunde einer ganzen Generation war.

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