Galaxienkollisionen: Simulation versus Beobachtungen


Bildcredits: NASA, ESA; Visualisierung: Frank Summers (STScI); Simulation: Chris Mihos (CWRU) und Lars Hernquist (Harvard).

Beschreibung: Was geschieht, wenn zwei Galaxien kollidieren? Obwohl es länger als eine Milliarde Jahre dauert, sind solche Titanenkämpfe ziemlich häufig zu beobachten. Da Galaxien hauptsächlich aus leerem Raum bestehen, kollidieren wahrscheinlich nicht die Sterne selbst. Eher verzerrt oder zerstört die Gravitation jeder Galaxie die andere Galaxie, und die Galaxien können schlussendlich verschmelzen, um eine einzelne größere Galaxie zu bilden. Ausgedehnte Gas- und Staubwolken kollidieren und lösen Sternbildungswellen aus, die sogar während des Wechselwirkungsprozesses weiterlaufen. Oben ist eine Computersimulation zweier kollidierender großer Spiralgalaxien zu sehen, unterbrochen von echten Stand bildern, die mit dem Weltraumteleskop Hubble aufgenommen wurden. Unsere eigene Galaxis, die Milchstraße, hat in ihrer Geschichte bereits mehrere kleinere Galaxien absorbiert und soll sogar in wenigen Milliarden Jahren mit der größeren benachbarten Andromedagalaxie verschmelzen.

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Simulation: eine Scheibengalaxie entsteht


Videocredit: Fabio Governato et al. (U. Washington), N-Body Shop, NASA Advanced Supercomputing

Beschreibung: Wie entstehen Galaxien wie unsere Milchstraße? Da sich unser Universum für eine direkte Beobachtung dessen zu langsam bewegt, wurden schnellere Computersimulationen entworfen, um das herauszufinden. Grün zeigt in diesem Film (vorwiegend) Wasserstoff, während rechts unten die Zeit in Milliarden Jahren seit dem Urknall dargestellt wird. Die alles durchdringende Dunkle Materie ist vorhanden, wird aber nicht gezeigt. Zu Beginn der Simulation fällt das Gas aus der Umgebung ein und sammelt sich in Regionen mit relativ hoher Gravitation an. Bald bilden sich zahlreiche Protogalaxien, rotieren und fangen an zu verschmelzen. Nach etwa vier Milliarden Jahren entsteht ein klar definiertes Zentrum, das eine Region mit einem Durchmesser von etwa 100.000 Lichtjahren dominiert und beginnt, wie eine heutige Scheibengalaxie auszusehen. Nach ein paar weiteren Milliarden Jahren jedoch kollidiert diese frühe Galaxie mit einer anderen, während Gasströme von anderen Galaxienverschmelzungen auf diesen seltsamen, faszinierenden kosmischen Tanz herabregnen. Während die Simulation das halbe derzeitige Alter des Universums erreicht, entwickelt sich eine einzelne, größere Scheibe. Selbst dann noch fallen Gasklumpen hinein – manche davon stellen kleine Begleitgalaxien dar; sie fallen hinein und werden von der rotierenden Galaxie absorbiert, wenn die gegenwärtige Epoche erreicht ist und der Film endet. Für unsere Galaxis, die Milchstraße, könnten jedoch die großen Verschmelzungen noch nicht vorüber sein – aktuelle Hinweise lassen den Schluss zu, dass unsere riesige Spiralgalaxienscheibe kollidieren und in wenigen Milliarden Jahren mit der etwas kleineren Andromeda-Spiralgalaxienscheibe verschmelzen wird.

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Film mit Dunkler Materie aus der Bolshoi-Simulation


Video-Credit: A. Klypin (NMSU), J. Primack (UCSC) et al., Chris Henze (NASA Ames), NASA’s Pleiades Supercomputer; Musik (© 2002): Her Knees Deep in Your Mind von Ray Lynch

Beschreibung: Was wäre, wenn Sie durch das Universum fliegen und die Dunkle Materie sehen könnten? Während an der Technologie für einen solchen Flug noch gearbeitet wird, hat die Technik zur Visualisierung solch eines Flugs mit dem Abschluss der der Bolshoi-Kosmologie-Simulation einen großen Schritt vorwärts gemacht. Nach 6 Millionen CPU-Stunden warf der siebtschnellste Supercomputer der Welt viele wissenschaftliche Neuheiten aus, darunter die obige Flugsimulation. Ausgehend von der relativ gleichmäßigen Verteilung der Dunklen Materie im frühen Universum, die anhand des Mikrowellenhintergrundes und anderer großer Himmelsdatensätze feststellbar ist, folgte die Bolshoi-Simulation anhand des kosmologischen Standardmodells der Entwicklung des Universums bis zur oben gezeigten gegenwärtigen Epoche. Die hellen Punkte im obigen Video sind allesamt Knoten aus normalerweise unsichtbarer Dunkler Materie, von denen viele normale Galaxien enthalten. Lange Fasern und Galaxienhaufen, die gravitativ von Dunkler Materie beherrscht werden, werden treten hervor. Statistische Vergleiche zwischen Bolshoi und Himmelskarten aktueller Galaxien weisen eine gute Übereinstimmung auf. Obwohl die Bolshoi-Simulation das Vorhandensein Dunkler Materie stützt, bleiben viele Fragen zu unserem Universum offen, etwa die Zusammensetzung Dunkler Materie, die Natur der Dunklen Energie und wie sich die ersten Sterngenerationen und Galaxien gebildet haben.

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Schwache Gravitationslinsen verzerren das Universum

Siehe Beschreibung. Ein Klick auf das Bild liefert die höchste verfügbare Auflösung.

Credit: S. Colombi (IAP), CFHT Team

Beschreibung: Ist das weit entfernte Universum tatsächlich so, wie es uns erscheint? Astronomen hoffen das. Dazwischenliegende Dunkle Materie, die normalerweise unsichtbar ist, könnte ihr Vorhandensein zeigen, indem sie Bilder verzerrt, die aus dem weit entfernten Universum stammen, ähnlich wie ein altes Fenster Bilder von der anderen Seite verzerrt. Wenn man herausfindet, wieweit Hintergrundgalaxien ungewöhnlich flach und ungewöhnlich ähnlich ihren Nachbargalaxien erscheinen, kann die Verteilung der Dunklen Materie, die diese schwache Gravitationslinsenverzerrung verursacht, abgeschätzt werden. Die Analyse der Formen von 200.000 weit entfernten Galaxienbildern, abgebildet mit dem Canada-France-Hawaii-Teleskop (CFHT) lässt auf das Vorhandensein eines massereichen Netzwerkes von verteilter Dunkler Materie schließen. Zukünftige Ergebnisse könnten sogar Details dieser Verteilung erkennen lassen. Das obige computergenerierte Simulationsbild zeigt, wie Dunkle Materie (rot) den Lichtweg und die scheinbare Form von weit entfernten Galaxien verzerrt – blau dargestellt.

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