Schlagwort: Simulation

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Wellen auf Titan

Videocredit: Una Schneck; Text: Cecilia Chirenti (NASA GSFC, UMCP, CRESST II)

Wolltet ihr schon einmal auf einer fremden Welt surfen? Die Suche nach der perfekten Welle können wir nun von der Erde auf das ganze Sonnensystem ausweiten und sogar darüber hinaus. Forschende entwickelten ein neues Modell, das Wellen auf fremden Planeten simuliert.

Titan ist einer von 274 bestätigten Monden bei Saturn. Er ist auch das einzige Objekt im Sonnensystem neben der Erde, von dem wir wissen, dass es auf seiner Oberfläche flüssige Seen und Ozeane gibt. Dieses Video zeigt zwei Simulationen von Wellen auf der Erde und auf Titan nebeneinander. Für beide Himmelskörper sind die Bedingungen gleich. Die Markierung misst in Metern. Wenn eine leichte Brise weht, erzeugt sie auf Titan viel höhere Wellen als auf der Erde, weil die Seen dort mit flüssigen Kohlenwasserstoffen gefüllt sind.

In ein paar Jahren startet die Mission Dragonfly laut Plan der NASA. Sie soll 6 Jahre lang reisen. Um Titan zu erforschen, führt einen Drehflügler mit sich. Die Mission soll auch prüfen, ob der Mond für Mikroben bewohnbar wäre.

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Im Netz gefangen: Schwarze Löcher im Tarantelnebel verschmelzen

Die Illustration zeigt das Ergebnis einer Simulation. Zwei Schwarze Löcher verschmelzen vor dem Hintergrund des Tarantelnebels in der Großen Magellanschen Wolke. Das Ereignis ist fiktiv.
Bildcredit und Bildrechte: Artwork: Carl Knox OzGrav, Technische Universität Swinburne; Astrofotografie: Blake Estes und Christian Sasse, iTelescope.net; Text: Cecilia Chirenti (NASA GSFC, UMCP, CRESST II)

Wie können wir etwas sehen, das eigentlich unsichtbar ist? Schwarze Löcher sind in der dunklen kosmischen Nacht nicht leicht erkennbar. Aber in der Astronomie kann man sie aufspüren, indem man die Auswirkung ihrer Gravitation auf Materie, Licht und die Raumzeit erforscht.

Für diese Illustration simulierte man ein System aus zwei Schwarzen Löchern bei seinem finalen „Tanz“ und kombinierten es mit einer lang belichteten Aufnahme des Tarantelnebels, die dahinter gelegt wurde. Schwarze Löcher senden zwar selbst kein Licht aus. Doch sie krümmen den Pfad der Lichtstrahlen. Dabei wirken sie wie eine Gravitationslinse, die den Nebel extrem verzerrt. Das führt zu sogenannten Einsteinringen und Mehrfachbildern.

Der Tarantelnebel liegt in der Großen Magellanschen Wolke. Sie ist eine Zwerggalaxie und eine Satellitengalaxie unserer Milchstraße, die rund 160.000 Lichtjahre entfernt ist. Damit wäre dieses Ereignis mehr als 1.000-mal näher als jede Verschmelzung von binären Schwarzen Löchern, die man bisher beobachtet hat. Vermutlich sehen wir niemals eine Verschmelzung so nah an unserer galaktischen Heimat!

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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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