Schlagwort: Universum

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Das Universum, das wir beobachten können

Eine kreisförnige Karte des Universums. In der Mitte steht das Sonnensystem. Um es herum radial nach außen nahe und ferne Galaxien, frühere Materie und der kosmische Mikrowellenhintergrund am äußeren Rand.

Illustrationscredit und Lizenz: Wikipedia, Pablo Carlos Budassi

Wie weit könnt ihr sehen? Das beobachtbare Universum ist alles, was ihr sehen könnt und alles, was ihr gerade jetzt sehen könntet – falls eure Augen die gesamte Strahlung sehen könnten. Das am längsten gelaufene Licht, das wir sehen könnten, stammt aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund. Er entstand vor rund 13,8 Milliarden Jahren. Damals war das Universum lichtundurchlässig wie dichter Nebel. Einige Neutrinos und Gravitationswellen ums uns herum kommen aus noch größerer Entfernung. Aber die Menschheit verfügt noch nicht über die Technologie, um sie zu beobachten.

Das Bild zeigt das beobachtbare Universum. Im Bild wird der Maßstab nach außen immer kleiner. In der Mitte stehen Erde und Sonne, umgeben von unserem Sonnensystem und nahen Sternen. Um sie herum seht ihr nahe Galaxien, entfernte Galaxien, Stränge aus der ersten Materie und den kosmischen Mikrowellenhintergrund.

Kosmolog*innen gehen meist davon aus, dass unser beobachtbares Universum nur der nahe gelegene Teil des größeren gesamten Universums ist. In ihm gelten überall dieselben Gesetze der Physik. Es gibt weitere eher spekulative Theorien. Nach ihnen ist unser Universum Teil eines größeren Multiversums. In diesem gibt es entweder andere physikalische Konstanten, oder es gelten andere Gesetze der Physik. Es könnte auch zusätzliche Dimensionen oder kleine zufällige Abweichungen von unserem normalen Universum geben.

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NGC 1309: Eine nützliche Spiralgalaxie

Eine Spiralgalaxie mit bläulich leuchtenden Armen um ein gelbliches Zentrum steht vor einem dunklen Hintergrund mit vielen dunkleren und kleineren Galaxien im Hintergrund. Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Bildcredit: NASA, ESA, Hubble; Bearbeitung: L. Galbany, S. Jha, K. Noll, A. Riess

Diese Galaxie ist nicht nur hübsch anzusehen. Sie ist auch nützlich. NGC 1309 ist eine wunderschöne Spiralgalaxie in etwa 100 Millionen Lichtjahren Entfernung. Sie liegt an den Ufern des Sternbilds Eridanus. NGC 1309 ist rund 30.000 Lichtjahre groß. Damit misst sie ca. ein Drittel unserer Milchstraße. In den Spiralarmen von NGC 1309 befinden sich Staubgebiete und bläulich leuchtende junge Sternhaufen. Die Arme winden sich um eine Population älterer gelblicher Sterne in ihrem Zentrum.

NGC 1309 ist nicht irgendeine schöne Spiralgalaxie, auf deren Rotationsachse man blickt. Die beiden zuletzt in ihr beobachteten Supernovae und ihre Cepheiden helfen Forschenden. Mit ihnen können diese die Ausdehnung des Universums kalibrieren.

Habt ihr euch an diesem grandiosen Anblick sattgesehen? Dann solltet ihr einen Blick auf die weiter entfernten Galaxien im Hintergrund werfen. Auch die findet ihr auf diesem scharfen Bild des Hubble-Weltraumteleskops.

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Ein milchiger Weg zum Rubin-Observatorium

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Bildcredit: NSF, DOE, Rubin Obs., Paulo Assunção Lago (Rubin Obs.)

Ist der Himmel jede Nacht gleich? Nein! Der Himmel verändert sich von Nacht zu Nacht in vielerlei Hinsicht. Um diese Änderungen besser zu erforschen, erbauten NSF und DOE der USA das Vera C. Rubin Observatorium auf dem Cerro Pachón in Chile.

Das Rubin-Observatorium wurde in diesem Frühjahr fertiggestellt. Es hat nun begonnen, die nächtlichen Veränderungen zu erforschen. Dabei geht es um kleinste Unterschiede, die uns viel über unser erstaunliches Universum und den Zoo an verschiedenen Objekten darin erzählen können. Das Teleskop hat einen Spiegel mit einem Durchmesser von mehr als 8 Metern. Damit wird der gesamte sichtbare Nachthimmel wieder und wieder fotografiert. Dabei sollen neue Supernovae, mögliche gefährliche Asteroiden, schwache Kometen und veränderliche Sterne entdeckt werden. Darüber hinaus kartiert man die großen Strukturen des Universums im sichtbaren Licht.

Im Bild fließt scheinbar das zentrale Band der Milchstraße aus dem neuen Observatorium. Die Aufnahme entstand im letzten Monat. Sie entstand aus 21 Einzelbildern quer über den Nachthimmel. Am Horizont ist Nachthimmellicht zu erkennen. Links unten ist die Kleine Magellansche Wolke zu sehen.

APOD wird 30! Öffentliche Lesung am 11. Juni in Anchorage

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Kosmisch Latte: Die durchschnittliche Farbe des Universums

Die Farbe des Bildes ist ein helles Beige, es ist die durchschnittliche Farbe des Universums.

Credit Bildfarbe: Karl Glazebrook und Ivan Baldry (JHU)

Welche Farbe hat das Universum? Genauer gesagt: Wenn der ganze Himmel ausgeschmiert wäre, welche Farbe hätte dann das Ergebnis?

Diese skurrile Frage kam bei dem Versuch auf, die üblichen Sterntypen der nahen Galaxien zu bestimmen. Die Antwort, die hier abgebildet ist, ist eine Schattierung von „beige„. In Computer-Sprache: #FFF8E7.

Um das herauszufinden, haben Astronomen das Licht einer größeren Stichprobenmenge von Galaxien aus ihrer Analyse gemittelt: die 200.000 Galaxien der sogenannten 2dF Survey. Das resultierende kosmische Spektrum setzt sich aus Emissionen von allen Teilen des elektromagnetischen Spektrums zusammen und bidet eine zusammengesetzte Farbe, die letztlich wahrgenommen wird. Diese Farbe verlor im Verlauf der letzten 10 Milliarden Jahre deutlich an Blau-Anteilen, weil rötlichere Sterne mehr Verbreitung fanden.

Bei einem Wettbewerb zur Suche nach einem besseren Namen für diese Farbe waren einige bemerkenswerte Vorschläge „skyvory“ (ein Wortspiel aus den englischen Worten für „Himmel“ und „Elfenbein“) und „univeige“ (die Vereinigung von „Universum“ und „Beige“ mit dem linguistischen „Twist“, dass „b“ und „v“ gern vertauscht werden). Der Gewinner wurde aber „cosmic latte“ (kosmische Latte von italienisch „latte“ für Milch).

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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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Zeitspirale

Die künstlerisch gestaltete Grafik zeigt detailreich die Entwicklung von allem ab dem Urknall bis hin zu mehrzelligem Leben, Säugetieren und Menschen.

Illustrationscredit: Pablo Carlos Budassi via Wikipedia

Was ist seit dem Beginn des Universums geschehen? Die hier abgebildete Zeitspirale zeigt einige der bemerkenswerten Höhepunkte.

Im Zentrum der Spirale befindet sich der Urknall, wo die Zeit, wie wir sie kennen, vor etwa 13,8 Milliarden Jahren ihren Anfang nahm. Die ersten Atome bildeten sich, daraus entstanden die ersten Sterne und schließlich aus Sternen und Gas die Galaxien. Das alles geschah in wenigen Milliarden Jahren. Vor ca. 4,6 Milliarden Jahren entstand unsere Sonne und kurz danach die Erde.

Das Leben auf der Erde begann vor ungefähr 3,8 Milliarden Jahren. Zellen und schließlich Fotosynthese folgten in der nächsten Milliarde Jahren. Vor etwa 1,7 Milliarden Jahren begann mehrzelliges Leben auf der Erde zu gedeihen. Erst seit 500 Millionen Jahren schwimmen Fische auf unserem Planeten. Säugetiere eroberten vor etwa 200 Millionen Jahren das Land.

Die Entwicklung zum Menschen nahm vor etwa 6 Millionen Jahren ihren Anfang – Menschen, die schließlich vor gerade mal 10.000 Jahren die ersten Städte bauten. Die illustrierte Zeitspirale endet hier. Doch vielleicht sollte man noch hinzufügen, dass vor nur 75 Jahren der Mensch die Raumfahrt erfand und in den letzten paar Jahren künstliche Intelligenz immer mehr in den Mittelpunkt rückt.

Fast Hyperraum: APOD-Zufallsgenerator

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JADES-GS-z14-0: Neues fernstes Objekt

Zwischen zahllosen Galaxien ist ein kleines Objekt mit einem weißen Quadrat markiert und rechts oben in einem Einschub vergrößert.

Bildcredit: NASA, ESA, CSA, STScI, B. Robertson (UC Santa Cruz), B. Johnson (CfA), S. Tacchella (Cambridge), P. Cargile (CfA)

Was wäre, wenn wir bis zum Beginn des Universums zurückblicken könnten? Wir könnten sehen, wie Galaxien entstehen. Doch wie sahen Galaxien damals aus? Der Antwort auf diese Frage kamen wir kürzlich einen Schritt näher, als die Analyse eines Bildes veröffentlicht wurde, das mit dem James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) aufgenommen wurde.

Die Aufnahme zeigt das fernste Objekt, das je entdeckt wurde. Die meisten Galaxien entstanden etwa 3 Milliarden Jahre nach dem Urknall, doch einige entwickelten sich früher. Der Kasten im Bild zeigt JADES–GS-z14-0. Es ist der blasse Fleck einer Galaxie, die nur 300 Millionen Jahre nach Beginn des Universums entstand.

Technischen gesehen liegt diese Galaxie bei der gemessenen Rotverschiebung z=14.32. Sie existierte also schon, als das Universum erst ein Fünfzigstel seines jetzigen Alters hatte. Praktisch alle Objekt im Bild sind Galaxien.

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Illustris: Simulation des Universums

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

Wie kamen wir dazu? Klicken Sie auf „play“, lehnen Sie sich zurück und genießen Sie. Es handelt sich um eine Computer-Simulation der Entwicklung des Universums. Sie zeigt die Entstehung von Galaxien und des Platzes der Menschheit im Universum. Das Illustris Projekt verbrauchte 20 Million CPU-Stunden. Im Jahr 2014 wurden damit 12 Milliarden Auflösungselemente eines Würfels mit der Kantenlänge von 35 Millionen Lichtjahren berechnet. um zu zeigen, wie dieses Raumelement sich über 13 Milliarden Jahre entwickelt. Die Simulation verfolgt die Materie zurück bis zu ihrer Entstehung – und zwar für viele verschiedene Typen von Galaxien.

Während sich das virtuelle Universum entwickelt, wird ein Anteil der Materie, die sich mit dem Universum ausdehnt, schnell gravitativ gebunden. Dadurch bilden sich Filamente aus Galaxien und Galaxienhaufen. Das hier gezeigte Video zeigt die Perspektive von einer (nicht realistischen) Kamera, die Teile des sich verändernden Universums umkreist. Dabei nimmt sie erst die Entwicklung von Dunkler Materie auf, dann Wasserstoffgas abhängig von seiner Temperatur (0:45), dann schwere Elemente wie Helium und Kohlenstoff (1:30) und schließlich wieder Dunkle Materie (2:07).

Unten links wird die Zeit seit dem Urknall eingeblendet, während oben rechts angezeigt wird, welche Art von Materie gerade dargestellt wird. Explosionen (0:50) in Galaxienzentren kommen von den supermassiven Schwarzen Löchern, die Blasen von heißem Gas ausstoßen.

Interessante Abweichungen der Illustris-Simulation vom realen Universum wurden ebenfalls untersucht, z.B. dass die Simulation eine Überhäufigkeit von alten Sternen produziert.

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