Schlagwort: Simulation

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Visualisierung: Umfeld und Scheibe eines Schwarzen Lochs

Horizontal verläuft ein strukturiertes orangefarbenes Band. In der Mitte ist die Milchstraße zu sehen. Sie krümmt sich bis zum oberen Bildrand. Ein zweites Bild des orangefarbenen Bandes verläuft wie eine Sinuswelle über die untere Hälfte des Bildes, während ein zweites Bild der Milchstraße direkt darüber erscheint.

Visualisierungscredit: GSFC der NASA, J. Schnittman und B. Powell; Text: Francis J. Reddy (U. Maryland, NASA’s GSFC)

Wie sieht es aus, wenn man in ein gigantisches Schwarzes Loch stürzt? Dieses Bild ist eine Visualisierung mit Supercomputern. Es zeigt den ganzen Himmel aus der Sicht einer simulierten Kamera, die in ein Schwarzes Loch mit 4 Millionen Sonnenmassen stürzt. Das Schwarze Loch ist ähnlich wie jenes im Zentrum unserer Galaxis.

Die Kamera ist etwa 16 Millionen Kilometer vom Ereignishorizont des Schwarzen Lochs entfernt. Sie rast mit 62 Prozent der Lichtgeschwindigkeit nach innen. Die Gravitation führt zu Zerrspiegel-Effekten. Dadurch erscheint das Sternband der Milchstraße doppelt: als kompakte Schleife am oberen Rand und als Sekundärbild im unteren Teil des Bildes.

Der Mauspfeil über dem Bild zeigt zusätzliche Erklärungen. Mit solchen Visualisierungen kann man Schwarze Löcher auf eine Weise erforschen, die sonst nicht möglich wäre.

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Gaia erstellt eine Seitenansicht unserer Milchstraße

Ein dunkles Feld umgibt ein dünnes, farbenfrohes Band. Es verläuft horizontal durch die Mitte. Das Band ist fast gerade, krümmt sich jedoch an den Außenkanten.

Illustrationscredit: ESA, Gaia, DPAC, Stefan Payne-Wardenaar

Wie sieht die Milchstraße von der Seite aus? Ein echtes Foto zu machen ist unmöglich, weil wir uns ja in dieser Galaxie befinden. Doch vor kurzem entstand so eine Außenansicht mithilfe der genauen Positionen von mehr als einer Milliarde Sternen. Die Daten dafür stammen von der ESA-Mission Gaia.

Die Darstellung zeigt, dass unsere Milchstraße eine sehr dünne zentrale Scheibe hat, so wie viele andere Spiralgalaxien auch. In dieser Scheibe befinden sich unsere Sonne und alle Sterne, die wir nachts sehen.

Man vermutete das zwar schon vorher. Dennoch war die kurvige Form der Scheibe in den äußeren Bereichen eine Überraschung. Die Farben des gebogenen zentralen Bandes der Galaxis stammen überwiegend von dunklem Staub, hellen, blauen Sternen und roten Emissionsnebeln.

Im März endete die erfolgreiche Mission Gaia. Doch die Analyse der Daten geht noch lange weiter.

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Die doppelt gekrümmte Welt binärer Schwarzer Löcher

Quelle der wissenschaftlichen Visualisierung: NASA, GSFC, Jeremy Schnittman und Brian P. Powell; Text: Francis J. Reddy

Wenn ein Schwarzes Loch seltsam aussieht, wie seltsam sind dann erst zwei? HIer kreist ein Paar supermassereicher Schwarzer Löcher umeinander. Die detaillierte Computeranimation zeigt, wie sich Lichtstrahlen aus ihren Akkretionsscheiben ihren Weg durch die gekrümmte Raumzeit bahnen, die von extremer Gravitation erzeugt wird.

Die simulierten Akkretionsscheiben sind in Falschfarben dargestellt. Rot für die Scheibe um ein Schwarzes Loch mit 200 Millionen Sonnenmassen, Blau für die Scheibe um ein Schwarzes Loch mit 100 Millionen Sonnenmassen. Bei diesen Massen würden allerdings beide Akkretionsscheiben das meiste Licht im Ultraviolett abstrahlen.

Das Video zeigt uns jedes der Schwarzen Löcher gleichzeitig von beiden Seiten. Rotes bzw. blaues Licht von beiden Schwarzen Löchern ist im innersten Ring zu sehen. Dieser Ring wird Photonensphäre genannt. Er liegt nahe an den Ereignishorizonten.

In den vergangenen zehn Jahren entdeckte man Gravitationswellen von kollidierenden Schwarzen Löchern. Doch das Verschmelzen supermassereicher Schwarzer Löcher konnte bisher noch nicht nachgewiesen werden.

Bei der NASA ist Woche der Schwarzen Löcher!

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Dunkle Materie in einem simulierten Universum

Wie ein dunkles Spinnennetz wirken die dargestellten Fäden aus Dunkler Materie im Bild. An den Knotenpunkten leuchten helle Flecken. Das Bild ist eine Illustration.

Illustrationscredit und Bildrechte: Tom Abel und Ralf Kaehler (KIPAC, SLAC), AMNH

Spukt es im Universum? In der Karte der Dunklen Materie sieht es zumindest so aus. Die Gravitation der Dunklen Materie ist die Haupterklärung für die schnelle Rotation der Galaxien, für das schnelle Kreisen von Galaxien um Galaxienhaufen, für Gravitationslinsen, die das Licht stark ablenken, und dafür, dass die sichtbare Materie so verteilt ist, wie sie ist. Das gilt sowohl im lokalen Universum als auch für den kosmischen Mikrowellenhintergrund.

Das hier gezeigte Bild stammt aus der Show „Dark Universe“ vom Hayden Planetarium (New York) im Amerikanischen Museum für Naturgeschichte. Dieses Highlight zeigt ein Beispiel, wie allgegenwärtig die Dunkle Materie unser Universum heimsuchen könnte. Das Standbild ist Teil einer detailreichen Computersimulation.

Komplexe Filamente von Dunkler Materie werden hier schwarz dargestellt. Sie sind wie ein Spinnennetz im Universum verteilt. Die relativ seltenen Klumpen von uns bekannter baryonischer Materie dagegen sind orange dargestellt. Diese Simulationen passen statistisch gut zu astronomischen Beobachtungen.

Was möglicherweise etwas erschreckender ist, ist die Tatsache, dass die Dunkle Materie – so seltsam sie auch sein mag in ihrer unbekannten Form – inzwischen nicht mehr als die seltsamste Gravitation im Universum gilt. Dieser Schrecken fällt mittlerweile der Dunklen Energie zu. Dabei handelt es sich um eine gleichmäßige Quelle abstoßender Gravitation, von der man annimmt, dass sie die Expansion des gesamten Universums dominiert.

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Jupitertauchen

Credit Animationsvideo: NASA, JPL-Caltech, SwRI, MSSS, Gerald Eichstadt, Justin Cowart

Diese Simulation bringt uns direkt in die obere Atmosphäre des Planeten Jupiter. Er ist der größte Gasriese im Sonnensystem. Diese hübsche Animation entstand aus Bilddaten der Raumsonde Juno. An Bord dieser Sonde kreisen die JunoCam und ein Mikrowellen-Empfänger um Jupiter.

Der Blick fällt etwa 3000 Kilometer über Jupiters Wolkendecke im Süden. Links ist ein Display, auf dem man die eigene Position verfolgen kann. Während die Höhe abnimmt und die Temperatur steigt, tauchen wir in der Gegend von Jupiters berühmtem großen Roten Fleck tiefer.

Die Juno-Daten zeigen, dass der große Rote Fleck zirka 300 Kilometer tief in die Atmosphäre des Riesenplaneten hinabreicht. Er ist der größte Wirbelsturm im Sonnensystem. Zum Vergleich: Der tiefste Punkt in den Ozeanen der Erde ist nur zirka 11 Kilometer tief (unter dem Meeresspiegel – vergleichbar ebenmäßig wie Jupiters Wolkendecke). Doch keine Sorge! Gleich gehts wieder zurück nach draußen.

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Illustris simuliert das Universum

Videocredit: Illustris-Arbeitsgemeinschaft, NASA, PRACE, XSEDE, MIT, Harvard CfA; Musik: Die vergiftete Prinzessin (Media Right Productions)

Wie sind wir hier gelandet? Klickt auf „Play“ klicken, lehnt euch zurück und genießt! Das Video ist eine Computer-Simulation. Sie zeigt die Entwicklung des Universums, die Entstehung von Galaxien und des Orts der Menschen im Universum. Das Illustris-Projekt brauchte 20 Millionen CPU-Stunden. Im Jahr 2014 wurden damit 12 Milliarden Elemente berechnet, die einen Würfel mit der Kantenlänge von 35 Millionen Lichtjahren auflösen. Die Simulation zeigt, wie sich diese Elemente im Raum in 13 Milliarden Jahren entwickelt. Sie folgt der Materie zurück bis zu ihrer Entstehung. Man sieht viele verschiedene Typen von Galaxien.

Im Video entwickelt sich das virtuelle Universum. Ein Teil der Materie, die sich mit dem Universum ausdehnt, wird schnell durch Gravitation gebunden. So entstehen Fasern mit Galaxien und Galaxienhaufen. Das Video zeigt den Blickwinkel einer fiktiven Kamera. Sie kreist um Teile des Universums, die sich verändern. Erst zeigt sie, wie sich Dunkle Materie entwickelt. Später sieht man Wasserstoff, bei dem seine Temperatur mitläuft (0:45). Dann folgen schwerere Elemente wie Helium und Kohlenstoff (1:30) und schließlich Dunkle Materie (2:07).

Links unten läuft die Zeit seit dem Urknall. Rechts oben ist abzulesen, welche Art von Materie gerade gezeigt wird. Explosionen (0:50) in den Zentren von Galaxien stammen von den extrem massereichen Schwarzen Löchern. Sie stoßen Blasen aus heißem Gas aus.

Es gibt interessante Abweichungen der Illustris-Simulation vom realen Universum. Dazu zählt unter anderem, dass bei der Simulation eine größere Häufigkeit alter Sterne entsteht. Die Abweichungen werden untersucht.

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Simulation: Eine Scheibengalaxie entsteht

Videocredit: TNG-Arbeitsgemeinschaft, MPCDF, FAS Harvard U.; Musik: World’s Sunrise (YouTube: Jimena Contreras)

Wie sind wir hierher gekommen? Wir wissen, dass wir auf einem Planeten leben, der um einen Stern kreist, der wiederum die Galaxis umrundet, doch wie ist das alles entstanden? Unser Universum bewegt sich zu langsam, um das zu beobachten. Daher wurden schnelle Computersimulationen erstellt, um das herauszufinden. Dieses Video der Arbeitsgemeinschaft IllustrisTNG simuliert die Bewegung von Gas ab dem frühen Universum (Rotverschiebung 12) bis heute (Rotverschiebung 0).

Zu Beginn der Simulation fällt Gas aus der Umgebung in eine Region mit relativ hoher Gravitation und sammelt sich dort an. Nach wenigen Milliarden Jahren bildet sich bei dem faszinierenden kosmischen Tanz ein klar definiertes Zentrum. Gasklumpen fallen weiterhin in die rotierende Galaxie. Manche davon sind kleine Begleitgalaxien. Sie werden aufgenommen, bis am Ende des Videos die gegenwärtige Epoche erreicht ist.

Doch für die Milchstraße sind die großen Verschmelzungen vielleicht noch nicht vorbei. Es gibt aktuelle Hinweise, dass unsere große Spiralgalaxie in einigen Milliarden Jahren mit der etwas größeren Andromeda-Spiralgalaxie kollidiert und verschmilzt.

Offene Wissenschaft: Stöbert in mehr als 3000 Codes der Quellcodebibliothek für Astrophysik

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Simulation TNG50: Ein Galaxienhaufen entsteht

Videocredit: IllustrisTNG-Projekt; Visualisierung: Dylan Nelson (Max-Planck-Institut für Astrophysik) et al.; Musik: Symphonie Nr. 5 (Ludwig van Beethoven) in der YouTube-Audio-Bibliothek

Wie entstehen Galaxienhaufen? Unser Universum bewegt sich zu langsam, um es dabei zu beobachten. Daher werden schnellere Computersimulationen erstellt, um das herauszufinden. Ein aktueller Versuch ist TNG50 von IllustrisTNG, eine Verbesserung der berühmten Illustris-Simulation.

Der erste Teil dieses Videos zeigt, wie sich kosmisches Gas (großteils Wasserstoff) im frühen Universum bis heute zu Galaxien und Galaxienhaufen entwickelt. Hellere Farben markieren schneller bewegtes Gas. Während sich das Universum entwickelt, fällt Gas in Gravitationssenken, Galaxien entstehen, Galaxien rotieren, Galaxien kollidieren und verschmelzen, während in den Zentren der Galaxien Schwarze Löcher entstehen und das umgebende Gas mit hoher Geschwindigkeit ausstoßen.

Die zweite Hälfte des Videos werden Sternen erfasst, wir sehen einen Galaxienhaufen mit Gezeitenschweifen und Sternströmen. Der Ausfluss von Schwarzen Löchern in TNG50 ist überraschend komplex, die Details werden mit unserem realen Universum verglichen. Die Erforschung der Gasflüsse im frühen Universum hilft der Menschheit, zu verstehen, wie unsere Erde, die Sonne und das Sonnensystem entstanden sind.

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