Schlagwort: Universum

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Die Dimensionen des Universums – Interaktiv

Link zur Animation: htwins.net/scale2

Animationscredit und -rechte: Cary und Michael Huang

Wie sieht das Universum im kleinen Maßstab aus? Oder im großen? Die Menschheit entdeckt, dass das Universum in jedem Bereich, den sie erforscht, sehr unterschiedlich ist. Zum Beispiel ist, soweit uns bekannt, jedes winzige Proton exakt gleich. Doch jede riesige Galaxie ist anders.

In einer Größenordnung, die Menschen vertraut ist, ist die Oberfläche eines Glastisches eher klein. Für eine Hausstaubmilbe ist sie aber eine unermesslich weite Ebene, die seltsam glatt ist. Vielleicht ist sie von kleinen Zellbrocken übersät. Nicht alle Größenordnungen verstehen wir gut. Zum Beispiel wird erforscht, was mit den winzigen Tröpfchen beim Niesen geschieht. Das hilft vielleicht, die Ausbreitung von Krankheiten einzudämmen.

Diese interaktive Flash-Animation ist eine moderne Version des klassischen Videos Zehn hoch. Es bietet ein neues Fenster zu vielen bekannten Größenordnungen des Universums. Wenn ihr den Balken unten verschiebt, könnt ihr eine Vielfalt an Größenordnungen erkunden. Mit Mausklicks auf einzelne Objekte ruft ihr die Beschreibung auf.

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Das beobachtbare Universum

Siehe Erklärung. Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Illustrationscredit und Lizenz: Wikipedia, Pablo Carlos Budassi

Beschreibung: Wie weit können Sie sehen? Alles, was Sie jetzt gerade sehen können und könnten, wenn Ihre Augen alle Arten von Strahlung um Sie herum erkennen würden, ist das beobachtbare Universum.

Im elektromagnetischen Spektrum stammt das Fernste, das für uns sichtbar ist, vom kosmischen Mikrowellenhintergrund aus einer Zeit vor 13,8 Milliarden Jahren, als das Universum undurchsichtig wie dicker Nebel war. Einige Neutrinos und Gravitationswellen, die uns umgeben, kommen sogar von noch weiter draußen, doch die Menschheit hat noch keine Technologie, um sie zu erkennen.

Dieses Bild veranschaulicht das beobachtbare Universum in einem zunehmend kompakteren Maßstab mit Erde und Sonne im Zentrum, umgeben von unserem Sonnensystem, nahen Sternen, nahen Galaxien, fernen Galaxien, Fasern aus früher Materie und der kosmischen Hintergrundstrahlung.

Kosmologen gehen üblicherweise davon aus, dass unser beobachtbares Universum nur der nahe Teil eines größeren Ganzen ist, das als „das Universum“ bezeichnet wird, wo die gleiche Physik gilt. Doch es gibt einige Zeilen beliebter, aber spekulativer Überlegungen, die behaupten, unser Universum wäre Teil eines größeren Multiversums, in dem entweder unterschiedliche Naturkonstanten auftreten, andere physikalische Gesetze gelten, höhere Dimensionen wirken oder in denen es leicht abweichende Versionen unseres Standarduniversums gibt.

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Galaxienentstehung in einem magnetischen Universum


Bildcredit: IllustrisTNG Projekt; Visualisierung: Mark Vogelsberger (MIT) et al. Musik: Gymnopedie 3 (Komponist: Erik Satie, Musiker: Wahneta Meixsell)

Beschreibung: Wie sind wir hierher gekommen? Wir wissen, dass wir auf einem Planeten leben, der einen Stern umkreist, welcher um eine Galaxie kreist, aber wie ist das alles entstanden?

Um die Details besser zu verstehen, verbesserten Astrophysiker die berühmte Illustris–Simulation zu IllustrisTNG – diese ist nun das komplexeste Computermodell der Entwicklung von Galaxien in unserem Universum. Dieses Video zeigt die Magnetfelder vom frühen Universum (Rotverschiebung 5) bis heute (Rotverschiebung 0). Relativ schwache Magnetfelder sind blau abgebildet, starke sind weiß dargestellt. Diese B-Felder passen sehr gut zu Galaxien und Galaxienhaufen.

Am Beginn der Simulation umkreist eine virtuelle Kamera das virtuelle IllustrisTNG-Universum und zeigt eine 30 Millionen Lichtjahre große junge Region, die ziemlich fadenförmig ist. Durch die Schwerkraft entstehen viele Galaxien und verschmelzen, während sich das Universum ausdehnt und entwickelt. Am Ende stimmt das simulierte IllustrisTNG-Universum statistisch gesehen gut mit unserem gegenwärtigen wirklichen Universum überein, obwohl es einige interessante Unterschiede gibt – zum Beispiel eine Abweichung bei der Energie von Radiowellen, die von schnell bewegten geladenen Teilchen abgestrahlt wird.

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Dunkle Materie in einem simulierten Universum

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

Spukt es in unserem Universum? Auf dieser Karte der Dunklen Materie scheint es so. Die Gravitation unsichtbarer Dunkler Materie ist die beste Erklärung dafür, warum Galaxien so schnell rotieren, warum Galaxien so schnell um Haufen kreisen, warum Gravitationslinsen Licht so stark ablenken und warum sichtbare Materie so verteilt ist, wie sie ist – sowohl im lokalen Universum als auch im kosmischen Mikrowellenhintergrund.

Dieses Bild aus der Weltraumschau „Das dunkle Universum“ des Hayden-Planetariums im Amerikanischen Museum für Naturgeschichte zeigt, wie die allgegenwärtige Dunkle Materie in unserem Universum vielleicht spukt. Dieses Bild stammt aus einer detailreichen Computersimulation. Schwarze, komplexe Fasern aus alles durchdringender Dunkler Materie sind hier wie Spinnennweben im Universum verteilt. Die relativ wenigen Klumpen aus bekannter baryonischer Materie sind orange gefärbt.

Diese Simulationen stimmen statistisch gesehen gut mit astronomischen Beobachtungen überein. Etwas unheimlicher ist, dass Dunkle Materie – obwohl sie ziemlich seltsam ist und einer unbekannte Form hat – nicht mehr die seltsamste vermutete Quelle der Gravitation im Universum ist. Diese Ehre hat nun die Dunkle Energie, eine homogenere Quelle abstoßender Gravitation, die anscheinend die Ausdehnung des ganzen Universums bestimmt.

Nicht nur Halloween: Heute ist Tag der Dunklen Materie
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Teile das Universum

Bildcredit: NASA, Erwin Schrödingers Katze

Beschreibung: Jetzt - bevor Sie den Knopf drücken - sind zwei künftige Universen möglich. Nachdem Sie den Knopf gedrückt haben, werden Sie in einem von diesen beiden weiterleben. Das ist eine echte Web-Version von Schrödingers berühmtem Katzen-Experiment. Wenn man den roten Knopf auf diesem Astronautenbild kickt, sollte sich das Bild so ändern, dass der gleiche Astronaut eine von zwei Katzen zeigt - eine lebt, die andere ist tot. Der Zeitpunkt Ihres Klicks, kombiniert mit den Schaltungen in Ihrem Gehirn und den Millisekunden Zeitverzögerung Ihres Geräts liefern gemeinsam durch den Zufall der Quantenmechanik ein potenziell vorrangiges Ergebnis.

Manche glauben, dass die von Ihnen ausgelöste Quantenentscheidung das Universum teilt, und dass sowohl das Universum mit lebendiger als auch das mit toter Katze in getrennten Teilen eines größeren Multiversums existieren.

Andere glauben, dass das Ergebnis Ihres Klicks die beiden möglichen Universen zu einem kollabieren lassen - auf eine nicht vorhersehbare Art und Weise.

Wieder andere glauben, dass das Universum klassisch deterministisch ist, sodass Sie das Universum durch Drücken des Knopfes nicht wirklich teilen, sondern nur eine Aktion ausführten, die seit Anbeginn der Zeiten vorherbestimmt war. Wie närrisch auch immer Sie sich beim Drücken des roten Knopfes fühlen und unabhängig vom Ergebnis wünschen wir von APOD einen lustigen 1. April!

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Das Universum färben

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Bildcredit: unbekannt

Beschreibung: Es ist sicher lustig, das Universum zu färben. Wenn Ihnen das Spaß macht, nehmen Sie vorläufig diese berühmte astronomische Illustration als Ersatz. Sie, Ihre Freunde, Eltern oder Kinder können es ausdrucken oder sogar digital ausmalen. Dabei interessiert Sie vielleicht, dass obwohl diese Illustration im Laufe der letzten 100 Jahre an vielen Stellen auftauchte, der tatsächliche Künstler unbekannt ist. Außerdem hat die Arbeit keinen anerkannten Namen – fällt Ihnen ein guter ein? Die Illustration erschien erstmals 1888 in einem Buch von Camille Flammarion und veranschaulicht meist, dass aktuelle Ansichten der Menschheit häufig durch neue Erkenntnisse ersetzt werden.

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Supernova und Cepheiden in der Spiralgalaxie UGC 9391

Das Bild der Galaxie UGC 9391 wurde mit Markierungen überlagert, welche die Cepheiden und eine aktuelle Supernova in der Galaxie markieren.

Bildcredit: NASA, ESA und A. Riess (STScI/JHU) et al.

Was verrät uns UGC 9391 über die Wachstumsrate des Universums? Vielleicht eine ganze Menge. Das Bild zeigt die Galaxie UGC 9391. Sie enthält veränderliche Sterne vom Typ der Cepheiden (sie sind als rote Kreise markiert) und eine aktuelle Supernova vom Typ Ia (beim blauen X).

Die Helligkeit beider Arten von Objekten ist festgelegt. Cepheiden sind oft relativ nahe. Dagegen sind Supernovae meist sehr weit entfernt. Daher ist diese Spiralgalaxie interessant. Sie macht es möglich, die Entfernung von nahen und fernen Bereichen im Universum zu kalibrieren.

Eine aktuelle Untersuchung neuer Daten stützt unverhofft die Vermutung, dass Cepheiden und Supernovae mit dem Universum etwas schneller expandieren, als man nach Messungen der Expansion im frühen Universum erwartet hätte. Die neuen Daten von UGC 9391 stammen von Hubble. Sie wurden mit früheren Hinweisen in ähnlichen Galaxien kombiniert. Das kosmologische Standardmodell beschreibt die Entwicklung im frühen Universum, und es war bisher sehr erfolgreich. Daher sucht man nun eifrig nach Gründen für diese Abweichung.

Es gibt eine Reihe an möglichen Erklärungen. Manche davon sind sensationell, z. B. ungewöhnliche Elemente wie Phantomenergie oder Dunkle Strahlung. Andere sind banal, etwa statistische Zufälle oder Quellen systematischer Irrtümer, die unterschätzt wurden. In Zukunft sind viele Beobachtungen geplant, die das Rätsel lösen sollen.

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Animation der Entwicklung von Galaxien

Videocredit: Donna Cox (AVL NCSA/U. Illinois) et al, GSFC der NASA, AVL, NCSA

Wie entstand das heutige Universum aus einem so gleichmäßigen Beginn? Um das zu verstehen, berechnete die NASA mit Forschenden der Quantenkosmologie dieses Animationsvideo. Es läuft in Zeitraffer. Die Simulation zeigt einen Teil des Universums. Sie umfasst 100 Millionen Lichtjahre. Es beginnt etwa 20 Millionen Jahre nach dem Urknall und läuft bis in die Gegenwart.

Der Beginn läuft glatt. Dann verwandeln sich Klumpen aus Materie durch die Gravitation in Galaxien. Die Galaxien bewegen sich sofort aufeinander zu. Bald kondensieren viele davon zu langen Fasern. Andere verschmelzen zu einem großen, heißen Galaxienhaufen. Solche Simulationen untersuchen mögliche Eigenschaften des Universums. Das hilft bei der Entwicklung der Konstruktion des Weltraumteleskops James Webb. Sein Start ist derzeit für Ende 2018 geplant.

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