Schlagwort: Planck

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Magnetische Stromlinien der Milchstraße

Der ESA-Satellit Planck entdeckte Magnetfeldstrukturen in unserer Galaxis, die zuvor unbekannt waren.

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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Planck-Karten des Mikrowellenhintergrundes

Das ovale Bild ist eine Karte der kosmischen Hintergrundstraße. Rote und blaue Flecken zeigen Stellen, die heißer oder kälter sind als der Durchschnitt.

Bildcredit: Europäische Weltraumagentur ESA, Planck-Arbeitsgemeinschaft

Woraus besteht unser Universum? Um das herauszufinden, startete die ESA den Satelliten Planck. Er kartierte von 2009 bis 2013 leichte Temperaturunterschiede auf der ältesten bekannten optischen Oberfläche so detailreich wie nie zuvor. Diese Oberfläche ist der Himmelshintergrund, der vor Milliarden Jahren übrig blieb, als unser Universum erstmals für Licht durchsichtig wurde.

Der kosmische Mikrowellenhintergrund ist in allen Richtungen sichtbar. Es ist ein komplexer Bildteppich. Wir beobachten heiße und kalte Muster an Stellen, wo das Universum aus bestimmten Arten von Energie besteht, die sich auf eine gewisse Weise entwickelt haben. Letzte Woche wurden die endgültigen Ergebnisse veröffentlicht. Sie bestätigen, dass ein Großteil unseres Universums aus rätselhafter, unbekannter Dunkler Energie besteht. Außerdem ist ein Großteil der verbleibenden Materieenergie seltsam dunkel.

Die „finalen“ Planckdaten von 2018 bestätigen auch, dass das Universum etwa 13,8 Milliarden Jahre alt ist. Sie zeigen auch, dass die lokale Ausdehnungsrate, die sogenannte Hubblekonstante, 67,4 (+/- 0,5) km/sec/Mpc beträgt. Seltsamerweise ist die Hubblekonstante, die durch Beobachtung des frühen Universums ermittelt wurde, etwas niedriger als die Hubblekonstante, die mit anderen Methoden im späten Universum gemessen wurde. Dieser Unterschied sorgt für Diskussionen und Vermutungen.

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Planck zeigt das Magnetfeld unserer Galaxis

Das dunkelbraune Band mit orange gefärbten Rändern ist das Zentralband der Galaxis. Nach oben und unten verlaufen die Farben über Gelb und Cyan zu Blau. Das ganze Bild ist von starken Schlieren durchzogen. Die Schlieren stammen vom Magnetfeld der Galaxis.

Bildcredit und Bildrechte: ESA/Planck; Danksagung: M.-A. Miville-Deschênes, CNRS – IAS, U. Paris-XI

Wie sieht das Magnetfeld unserer Milchstraße aus? Schon lange ist bekannt, dass ein leichtes Magnetfeld durch unsere Milchstraße zieht. Denn es richtet offensichtlich die kleinen Staubkörnchen aus, die das Licht, das von außen kommt, streuen. Erst vor Kurzem erstellte der Satellit Planck im Erdorbit eine hoch aufgelöste Karte dieses Magnetfeldes.

Die Karte ist 30 Grad breit und farbcodiert. Sie bestätigt unter anderem, dass der interstellare Magnetismus der Galaxis in der zentralen Scheibe am stärksten ist. Das Magnetfeld entsteht durch die Rotation von geladenem Gas um das galaktische Zentrum. Man vermutet, dass das Magnetfeld der Milchstraße von oben wie eine Spirale aussieht, die von der Mitte nach außen wirbelt.

Wie die vielen Details auf dieser und ähnlichen Planck-Karten entstehen und wie Magnetismus allgemein die Entwicklung unserer Milchstraße beeinflusste, wird in den nächsten Jahren erforscht.

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Holometer: Ein Mikroskop in Zeit und Raum

Das Bild zeigt einen Spiegel des Holometers, das sich am Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) befindet. Es soll herausfinden, ob es einen Grundtyp holografischer Schwankungen gibt.

Bildcredit: C. Hogan, Fermilab

Wie stark unterscheiden sich Raum und Zeit in einem sehr kleinen Maßstab? Im Bereich der winzigen Planck-Einheiten treten Quanteneffekte in den Vordergrund, die normalerweise nicht wahrnehmbar sind. Um diesen ungewohnten Bereich zu erforschen, nahm ein neu entwickeltes Instrument seinen Betrieb auf. Es wird als Holometer bezeichnet und befindet sich am Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab). Das Fermilab befindet sich in der Nähe von Chicago im US-Bundesstaat Illinois.

Das Instrument soll herausfinden, ob leichte, gleichzeitige Erschütterungen eines Spiegels in zwei Richtungen einen Grundtyp holografischer Schwankungen zutage fördern, der immer einen Mindestwert übersteigt. Oben seht ihr einen Endspiegel des Holometer-Prototyps.

Die Entdeckung eines holografischen Rauschens wäre sicherlich bahnbrechend. Doch die Abhängigkeit solcher Schwankungen von einer spezifischen Laborlängenskala würde manche Leute, die sich für die Raumzeit interessieren, überraschen.

Ein Grund dafür ist die Lorentz-Invarianz, die in Einsteins spezieller Relativitätstheorie postuliert wurde. Sie besagt, dass alle Längenskalen relativ zu einem bewegten Beobachter verkürzt erscheinen, sogar die winzige Planckskala. Das Experiment ist einzigartig. Viele warten neugierig, was dabei herauskommt.

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Planck kartiert den kosmischen Mikrowellenhintergrund

Auf schwarzem Hintergrund ist eine ovale Karte abgebildet. Die Grundfarbe ist Hellblau, sie ist von orange-roten und blauen Flecken überzogen.

Bildcredit: Europäische Weltraumagentur ESA, Planck Collaboration

Woraus besteht unser Universum? Um das herauszufinden, startete die ESA den Satelliten Planck. Dieser kartierte leichte Temperaturunterschiede in der ältesten bekannten Oberfläche so detailreich wie nie zuvor. Es ist der Himmelshintergrund, der vor Milliarden Jahren zurückblieb, als unser Universum erstmals für Licht durchlässig wurde.

Der kosmische Mikrowellenhintergrund in alle Richtungen beobachtbar. Es ein komplexer Bildteppich, der heiße und kalte Muster zeigt. Diese Muster sind nur dann zu beobachten, wenn das Universum aus bestimmten Arten von Energie besteht, die sich in einer gewissen Weise entwickelte.

Die Ergebnisse wurden letzte Woche veröffentlicht. Sie bestätigen erneut, dass ein Großteil des Universums hauptsächlich aus geheimnisvoller und fremdartiger Dunkler Energie besteht. Sogar ein Großteil der restlichen Materie ist eigenartig dunkel.

Außerdem zeigen die Planck-Daten, dass das Universum 13,81 Milliarden Jahre alt ist. Damit ist es nur wenig älter, als mit zahlreichen anderen Instrumenten geschätzt wurde. Zu diesen früheren Instrumenten zählt etwa der WMAP-Satellit der NASA. Die Ausdehnungsrate des Universums beträgt 67,3 (+/- 1,2) km/s/Mpc. Das ist etwas weniger, als früheren Schätzungen ergaben.

Einige Besonderheiten dieser Himmelskarte bleiben rätselhaft. Es ist ungeklärt, warum die Temperaturschwankungen auf einer Himmelshälfte anscheinend etwas größer sind als auf der anderen Seite.

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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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Die nahe Milchstraße in kaltem Staub

Das Bild ist voller stark strukturierter oranger, gelber und ruter Nebel, oben ist im Hintergrund der schwrze Weltraum, unten verläuft waagrecht ein rosarotes helles Nebelband.

Credit: ESA, Planck HFI-Arbeitsgemeinschaft, IRAS

Beschreibung: Was bildet die interessanten Staubtapeten in unserer näheren Umgebung in der Milchstraße? Niemand weiß das genau. Die oben gezeigten komplexen Strukturen wurden kürzlich in einer großen Region des Himmels, die vom Satelliten Planck der Europäischen Weltraumagentur ESA im fernen Infrarotlicht abgebildet wurde, mit neuen Details aufgelöst.

Dieses Bild ist ein Komposit aus drei Infrarotfarben, die digital zusammengefügt wurden: zwei wurden mit hoher Auflösung von Planck aufgenommen, das dritte ist ein älteres Bild des Satelliten IRAS ist, der inzwischen außer Betrieb ging. In einem Umkreis von nur 500 Lichtjahren um die Erde wird der Himmel in diesen Spektralfarben vom zarten Leuchten sehr kalten Gases geprägt. Rot entspricht hier Temperaturen von nur 10 Kelvin über dem absoluten Nullpunkt, Weiß zeigt wärmeres Gas mit 40 Kelvin. Das rosarote Band über dem unteren Bildteil ist warmes Gas in der galaktischen Ebene. Die hellen Regionen enthalten typischerweise dichte Molekülwolken, die langsam kollabieren, um Sterne zu bilden, während die dunkleren Regionen meist diffuses interstellares Gas und Staub zeigen, die als Infrarot-Cirren bezeichnet werden.

Warum diese Regionen sowohl auf großen als auch kleinen Skalen komplexe fasrige Strukturen aufweisen, wird weiterhin erforscht. Künftige Studien zu Herkunft und Entwicklung des Staubs könnten helfen, sowohl die jüngste Geschichte unserer Galaxis als auch die Entstehung von Planetensystemen wie unserem Sonnensystem zu verstehen.

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