Schlagwort: Rotverschiebung

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Zufallsblitz – ein Kandidat für den bisher fernsten Stern

Die Markierung im linken Bild zeigt einen besonderen Stern, der in den Einschüben rechts markiert ist. Im oberen Bild von 2011 ist an der Stelle kein Stern, im unteren Bild von 2016 tauchte er wie aus dem Nichts auf.

Bildcredit: NASA, ESA und P. Kelly (U. Minnesota) et al.

Stammt dieser Blitz vom fernsten Stern, den wir je gesehen haben? Auf Bildern des Weltraumteleskops Hubble wurde zufällig ein unerwarteter Lichtblitz entdeckt. Er ist vielleicht nicht nur ein ungewöhnliches Ereignis, bei dem eine Gravitationslinse entstand. Es kann sein, dass er das Bild eines normalen Sterns ist, der 100 Mal weiter entfernt ist als jeder Stern, der bisher einzeln abgebildet wurde.

Das Bild zeigt links viele gelbliche Galaxien im Galaxienhaufen. Rechts zeigt ein ausgedehntes Quadrat, wo 2016 eine Quelle auftauchte, die 2011 nicht erkennbar war. Das Spektrum und die Veränderlichkeit dieser Quelle ähneln seltsamerweise nicht einer Supernova. Stattdessen passen sie eher zu einem normalen blauen Überriesenstern, der durch mehrere ausgerichtete Gravitationslinsen etwa 2000-fach vergrößert wurde. Diese Quelle wird Icarus genannt. Sie befindet in einer Galaxie, die weit hinter dem Galaxienhaufen im fernen Universum liegt – bei einer Rotverschiebung von 1,5.

Nehmen wir an, die Linse wurde korrekt interpretiert und Icarus ist kein explodierender Stern. Dann könnten weitere Beobachtungen dieses Sterns und anderer Sterne, die ähnlich vergrößert sind, Information liefern, wie viel stellare und Dunkle Materie in diesem Galaxienhaufen und im Universum vorhanden ist.

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Hubbles Ultra Deep Field in Licht und Ton

Das Bild zeigt das berühmte Hubble Ultra Deep Field mit unzähligen Galaxien. Beim Klick auf das Bild gelangt man zu einer vertonten Darstellung des Hubble Ultra Deep Field (HUDF).

Bildcredit: NASA, ESA, Hubble; Vertonung: G. Salvesen (UCSB); Daten: M. Rafelski et al.

Sicher habt ihr schon einmal Hubbles Ultra Deep Field gesehen. Aber habt ihr es auch schon mal gehört? Schiebt den Mauspfeil über das Bild und hört zu! Hubbles Ultra Deep Field (HUDF) wurde 2003–2004 mit dem Weltraumteleskop Hubble erstellt. Dazu starrte es lange Zeit in den fast leeren Raum. Dabei wurden ferne, blasse Galaxien sichtbar.

Das HUDF ist eines der berühmtesten Bilder der Astronomie. Es wurde hier in Töne übersetzt. Die Entfernungen sind akustisch dargestellt. Wenn ihr auf eine Galaxie zeigt, erklingt ein Ton. Er deutet ihre ungefähre Rotverschiebung an. Die Rotverschiebung verschiebt das Licht zum roten Ende des Spektrums von Licht. Daher wurden die Töne zum tiefen Ende des Klangspektrums verschoben. Je weiter die Galaxie entfernt ist, desto größer ist ihre kosmologische Rotverschiebung (sogar wenn sie blau erscheint), und desto tiefer ist dann auch der abgespielte Ton. Die meisten Galaxien im HUDF sind ungefähr 10,6 Milliarden Lichtjahre entfernt und klingen wie F#. Findet ihr die am weitesten entfernte Galaxie?

Dieses Weltraumbild des Tages (APOD) zeigt einen Eintrag der neuen Webpräsenz Astronomy Sound of the Month (Astronomieklang des Monats – AstroSoM).

Hinweis: Nicht alle Browser spielen den Ton ab.

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CMB-Dipol: Durchs Universum rasen

Die Karte zeigt, mit welcher Geschwindigkeit sich die Erde und ihre Umgebung im Vergleich zum kosmischen Mikrowellenhintergrund bewegen. Die Bewegungsrichtung verläuft von rot nach blau.

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

Unsere Erde steht nicht still. Sie 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 zum Virgo-Galaxienhaufen. Doch diese Geschwindigkeiten sind viel kleiner als jene, mit der sich all diese Objekte zusammen relativ zur kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (CMBR) bewegen.

Diese Karte zeigt den ganzen Himmel. Sie wurde mit dem Satelliten COBE erstellt. Darauf erscheint die Strahlung in der Bewegungsrichtung der Erde blauverschoben und somit heißer. Dagegen ist Strahlung von der gegenüberliegenden Himmelsrichtung rotverschoben und kühler.

Die Karte lässt darauf vermuten, dass sich die Lokale Gruppe relativ zu dieser Ursprungsstrahlung mit etwa 600 Kilometern pro Sekunde bewegt. Diese hohe Geschwindigkeit war unerwartet. Ihre Größe ist immer noch ein Rätsel. Warum rasen wir so schnell? Was ist da draußen?

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Baryonische akustische Schwingungen von SDSS-III

Diese künstlerische Darstellung zeigt ringförmige Verdichtungen in der Verteilung von Galaxien im fernen Universum. Damals war das Universum halb so alt wie heute.

Illustrationscredit: Zosia Rostomian (LBNL), SDSS-III, BOSS

Wie groß erscheinen Dinge, wenn sie weit entfernt sind? Wenn man durch das Universum späht, sagt uns die Antwort auch etwas über seine gemittelte Gravitationsgeschichte und seine Zusammensetzung.

Die Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) der Sloan Digital Sky Survey-III (SDSS-III) vermaß leichte wiederkehrende Steigerungen der Galaxiendichte. Sie sind bis zu sechs Milliarden Lichtjahre entfernt. Die Rotverschiebung beträgt 0,7. Damals war das Universum etwa halb so alt wie jetzt.

Die Dichteschwankungen werden als Baryonische akustische Oszillation (BAO) bezeichnet. Man vermutet, dass sie im frühen Universum in einer bekannten Größenordnung entstanden sind. Die BOSS-Messungen dieser Größenordnung legen einen großen Anteil an Dunkler Energie im Universum nahe. Sie bestätigen somit frühere Hinweise auf diese ungewöhnliche Zusammensetzung.

Diese Illustration zeigt verstärkte BAOs im fernen Universum.

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Flug durch Hubbles Ultra Deep Field

Videocredit: NASA, ESA, F. Summers, Z. Levay, L. Frattare, B. Mobasher, A. Koekemoer und das HUDF-Team (STScI)

Wie sieht es aus, wenn man durch das ferne Universum fliegt? Ein Team Weltraumforschender wollte das herausfinden. Dazu schätzten sie die relativen Entfernungen von mehr als 5000 Galaxien in einem der am weitesten entfernten Galaxienfelder, die je fotografiert wurden: dem Hubble Ultra Deep Field (HUDF).

Licht braucht extrem lange, um das Universum zu durchqueren. Daher sind die meisten Galaxien im Video noch im Prozess der Entstehung. Das Universum hatte damals nur einen Bruchteil seines aktuellen Alters erreicht. Viele Galaxien sind daher ungewöhnlich geformt, wenn man sie mit aktuellen Galaxien vergleicht. Hier existieren noch keine voll entwickelten Spiralgalaxien wie unsere Milchstraße oder die Andromedagalaxie.

Gegen Ende des Videos fliegen wir an den fernsten Galaxien im HUDF vorbei. Deren gemessene Rotverschiebung beträgt mehr als 8. Diese frühe Galaxienklasse mit geringer Leuchtkraft enthielt wahrscheinlich sehr energiereiche Sterne. Ihr Licht verwandelte einen Großteil der verbleibenden gewöhnlichen Materie im Universum von kaltem Gas in heißes, ionisiertes Plasma.

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Rotverschiebungs-Wertetabelle unseres Universums

Die umfangreiche Grafik listet Werte der Rotverschiebung. Beschreibung im Text.

Bildcredit: Sergey V. Pilipenko (LPI, MIPT)

Wie weit ist „Rotverschiebung z=6“ entfernt? Zwar sind Menschen mit Entfernung und Zeit vertraut. Doch was man bei astronomischen Objekten misst, ist eigentlich die Rotverschiebung. Das ist eine Farbabweichung, die davon abhängt, wie sich die Energiedichte in unserem Universum entwickelt hat.

In den letzten Jahren führten kosmologische Messungen zu einer Einigung darüber, welche Energieformen unser Universum durchdringen. Daher konnte man eine einfache Tabelle erstellen, in der die beobachtete kosmologische Rotverschiebung z mit dem Standardkonzept von Zeit und Entfernung in Relation gesetzt wurde. Das gilt auch für die hochgerechnete Zeit, die vergangen ist, seit das Universum entstand.

So eine Tabelle ist oben dargestellt. Die Rotverschiebung z kann man in der ersten und in der letzten Spalte ablesen. Das entsprechende Alter des Universums in Milliarden Jahren steht in der mittleren Spalte. Die Bedeutung der übrigen Spalten ist in einer technischen Abhandlung beschrieben.

Sterne in unserer Galaxis haben eine kosmologische Rotverschiebung z=0. Doch die fernsten Supernovae ereignen sich anscheinend außerhalb einer Rotverschiebung z=1. Damit explodierten sie laut dem Diagramm, als das Universum etwa die Hälfte des heutigen Alters erreicht hatte. Die fernsten Gammablitze, die man bisher beobachtet hat, ereignen sich außerhalb einer Rotverschiebung z=6. Damals war das Universum weniger als eine Milliarde Jahre alt. Das sind weniger als 10 Prozent seines jetzigen Alters.

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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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Im Nachleuchten festgehalten

Links ist ein Gammastrahlenblitz, der mit einem Spektrum markiert ist. Von dem Blitz geht diagonal nach oben ein Strahl aus, der durch zwei Galaxien verläuft. Hinter jeder Galaxie ist ein weiteres Spektrum angebracht.

Illustrationscredit: ESO, L. Calçada; Forschungsteam: Sandra Savaglio (MPE) et al.

Diese künstlerische Darstellung zeigt zwei ferne Galaxien im Nachleuchten von GRB090323. Die Galaxien entstanden etwa 2 Milliarden Jahre nach dem Urknall. GRB090323 war ein Gammastrahlenblitz, sein Licht durchquerte fast das ganze Universum.

Der Ausbruch wurde im März 2009 vom Gammastrahlen-Weltraumteleskop Fermi entdeckt. Der Gammablitz strahlte durch seine Heimatgalaxie und eine weitere Galaxie in der Nähe. Diese Anordnung wurde aus dem Spektrum des Nachleuchtens geschlossen.

Das Nachleuchten des Blitzes verblasst langsam. Das Spektrum des Nachleuchtens wurde mit einer Einheit des Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte beobachtet. Es lieferte ein überraschendes Ergebnis, nämlich dass die fernen Galaxien mehr schwere Elemente enthalten als die Sonne. Sie weisen die höchste Anreicherung an schweren Elementen auf, die je im frühen Universum beobachtet wurde.

Schwere Elemente reichern ältere Galaxien im lokalen Universum an. Sie sind in früheren Sterngenerationen entstanden. Somit haben diese jungen Galaxien im Vergleich zu unserer Milchstraße eine ungeheure Sternbildungsrate und chemische Entwicklung durchlaufen.

Der Ort des Ausbruchs liegt in der Illustration links. Das Licht wandert vom Ausbruch aus durch die Galaxien rechts daneben. Dunkle Absorptionslinien im Spektrum des Nachleuchtens zeigen die Elemente in den Galaxien. Diese Spektren sind als Einschübe dargestellt. Sternforschende auf dem Planeten Erde sind etwa 12 Milliarden Lichtjahre außerhalb des rechten Bildrandes.

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