Schlagwort: Universum

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Edwin Hubble entdeckt das Universum

Original-Glasplatte mit Hubbles Markierung

Bildcredit und Bildrechte: Dank an Carnegie Institution für Wissenschaft

Beschreibung: Wie groß ist unser Universum? Diese Frage wurde – neben anderen – heute vor 100 Jahren von zwei führenden Astronomen erörtert. Diese Diskussion wird heute als die Große Debatte der Astronomie bezeichnet.

Viele Astronomen dachten damals, unsere Galaxis, die Milchstraße, wäre das ganze Universum. Viele andere jedoch glaubten, dass unsere Galaxis nur eine von vielen wäre. In der „Großen Debatte“ wurde jedes Argument ausführlich erörtert, doch es wurde kein Konsens erzielt.

Die Antwort kam mehr als drei Jahre später mit der Entdeckung eines veränderlichen Punkts im Andromedanebel, der hier auf der digital reproduzierten originalen Entdeckungs-Glasplatte zu sehen ist. Beim Vergleichen von Bildern bemerkte Edwin Hubble, dass sich dieser Fleck verändert hatte, daher schrieb er „VAR!“ auf die Platte. Hubble wusste: Die beste Erklärung war, dass dieser Fleck das Bild eines veränderlichen, sehr weit entfernten Sterns war. Somit war M31 tatsächlich die Andromeda-Galaxie – und sie war vielleicht ähnlich wie unsere eigene Milchstraße.

Dieses Bild ist nicht hübsch, aber der veränderliche Fleck darauf öffnete eine Tür, durch welche die Menschheit erstmals bewusst in einen überraschend weiten Kosmos spähte.

100-Jahr-Feier: Die Große Debatte der Astronomie fand heute vor 100 Jahren statt.

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Das Universum färben

Historischer Holzschnitt zum Ausmalen; Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Bildcredit: Unbekannt

Beschreibung: Wäre es nicht lustig, im Universum zu bemalen? Wenn Ihnen das Spaß macht, nehmen Sie doch diese berühmte astronomische Illustration als vorläufigen Ersatz. Sie, Ihre Freunde, Eltern oder Kinder können sie ausdrucken oder sogar digital färben.

Vielleicht interessiert Sie beim Färben, dass der Urheber dieser Illustration – obwohl sie im Laufe der letzten 100 Jahren an zahlreichen Stellen erschien – unbekannt ist. Weiters hat die Arbeit keinen offiziellen Namen – fällt Ihnen ein guter ein? Die Illustration erschien erstmals 1888 in einem Buch von Camille Flammarion und wird häufig dafür verwendet, um zu zeigen, dass gegenwärtige Vorstellungen der Menschheit dazu neigen, durch neuere Erkenntnisse ersetzt zu werden.

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Illustris-Simulation des Universums


Videocredit: Illustris-Arbeitsgruppe, NASA, PRACE, XSEDE, MIT, Harvard CfA; Musik: The Poisoned Princess (Media Right Productions)

Beschreibung: Woher kommen wir? Klicken Sie hier, lehnen Sie sich zurück und sehen Sie zu. Diese Computersimulation der Entwicklung des Universums zeigt, wie Galaxien entstanden sind, und bietet Einblicke zum Platz der Menschheit im Universum.

Das Illustris-Projekt verbrauchte im Jahr 2014 20 Millionen CPU-Stunden, indem es die Entwicklung von 12 Milliarden Auflösungselementen in einem Zeitraum von 13 Milliarden Jahren und einem Würfel mit einer Seitenlänge von 35 Millionen Lichtjahren verfolgte. Die Simulation erfasst Materie bei der Entstehung einer Vielzahl von Galaxientypen. Während sich das virtuelle Universum entwickelt, kondensiert bald ein Teil der Materie, die mit dem Universum expandiert, durch Gravitation und bildet Fasern, Galaxien und Galaxienhaufen.

Dieses Video zeigt den Blickpunkt einer virtuellen Kamera, die um einen Teil des sich verändernden Universums kreist. Zuerst zeigt es die Entwicklung Dunkler Materie, dann Wasserstoff, der nach Temperatur gekennzeichnet ist (0:45), danach schwere Elemente wie Helium und Kohlenstoff (1:30) und schließlich wieder Dunkle Materie (2:07). Links unten läuft die Zeit ab dem Urknall, rechts unten ist die Art der Materie, die gerade gezeigt wird, gelistet. Explosionen (0:50) zeigen extrem massereiche Schwarze Löcher in Galaxienzentren, die Blasen aus heißem Gas ausstoßen.

Es wurden interessante Unstimmigkeiten zwischen Illustris und dem echten Universum untersucht, einschließlich der Frage, warum die Simulation eine Überfülle alter Sterne erzeugte.

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Die lokale Leere im nahen Universum

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Bildcredit: R. Brent Tully (U. Hawaii) et al.

Beschreibung: Wie sieht unsere Region des Universums aus? Da Galaxien so weit über den Himmel verteilt sind, und weil unsere Milchstraße einen Teil des fernen Himmels abdeckt, war es schwierig, das zu beurteilen. Doch nun wurde eine neue Karte erstellt, die aus großräumigen Galaxienbewegungen ableitet, welche massereichen Objekte im nahen Universum gravitativen Einfluss ausüben müssen.

Diese Karte hat eine Seitenlänge von mehr als 600 Millionen Lichtjahren und zeigt, dass unsere Galaxis am Rand des Virgo-Galaxienhaufens liegt, der mit dem großen Attraktor verbunden ist – einer noch größeren Galaxiengruppierung. In der Nähe befinden sich auch der massereiche Koma-Haufen und der ausgedehnte Perseus-Fische-Superhaufen.

Andererseits befinden wir uns auch am Rand einer riesigen Region, die fast frei von Galaxien ist, und die als lokale Leere bekannt ist. Der abstoßende Schub der lokalen Leere, kombiniert mit dem gravitativen Zug zur erhöhten Galaxiendichte auf der anderen Seite des Himmels, erklärt einen Teil der rätselhaft hohen Geschwindigkeit unserer Galaxis vor dem kosmischen Mikrowellenhintergrund – aber nicht zur Gänze.

Wenn Sie das lokale Universum selbst – wie von Cosmicflows-3 beschrieben- erforschen möchten, können Sie diese interaktive 3D-Visualisierung vergrößern und drehen.

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Hyperion: Größter bekannter Proto-Supergalaxienhaufen

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Visualisierungscredit: ESO, L. Calçada und Olga Cucciati et al.

Beschreibung: Wie entstanden Galaxien im frühen Universum? Um das herauszufinden, durchmusterten Astronomen eine Stelle des dunklen Nachthimmels mit dem Very Large Telescope array in Chile, um Galaxien zu finden und zu zählen, die entstanden, als unser Universum noch sehr jung war.

Analysen der Verteilung einiger ferner Galaxien (Rotverschiebung annähernd 2,5) zeigten eine gewaltige Ansammlung von Galaxien in einem Bereich von 300 Millionen Lichtjahren, mit ungefähr der 5000-fachen Masse unserer Milchstraße. Die Ansammlung trägt die Bezeichnung Hyperion, sie ist derzeit der größte und massereichste Proto-Superhaufen, der bisher im frühen Universum entdeckt wurde.

Ein Proto-Superhaufen ist eine Gruppe junger Galaxien, die durch Gravitation kollabiert, um einen Superhaufen zu bilden. So ein Superhaufen ist eine Gruppe aus mehreren Galaxienhaufen, die ihrerseits Gruppen aus Hunderten Galaxien sind, und jede dieser Galaxien ist selbst eine Gruppe aus Milliarden Sternen.

Auf dieser Visualisierung sind massereiche Galaxien in Weiß abgebildet. Regionen, die einen großen Anteil kleinerer Galaxien enthalten, sind blau schattiert. Das Aufspüren und Erklären solch großer Gruppen früher Galaxien hilft der Menschheit, die Zusammensetzung und Entwicklung des Universums als Ganzes besser zu verstehen.

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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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Der nahe veränderliche Cepheid RS Pup

Der Stern RS Puppis ist von einem Nebel umgeben, der fast bildfüllend dargestellt wurde. Die Helligkeitsschwankungen des Sterns breiten sich im Nebel aus. Weil man die Lichtgeschwindigkeit kennt, kann man berechnen, wie weit der Nebel entfernt ist, indem man seine Winkelbreite misst.
Bildcredit: NASA, ESA, Hubble-Kulturerbe-Team; Danksagung: Howard Bond (STScI und Penn State U.)

Der pulsierende Stern RS Puppis leuchtet mitten im Bild. Er ist einer der wichtigsten Sterne am Himmel. Zufällig umgibt ihn ein markanter Reflexionsnebel. RS Puppis hat vermutlich zehnmal mehr Masse als unsere Sonne und leuchtet etwa 15.000 Mal heller.

RS Pup ist ein veränderlicher Stern vom Typ der Cepheiden. Cepheiden sind eine Klasse pulsierender Sterne, deren Helligkeit die Entfernung naher Galaxien verrät. Sie sind die erste Stufe der Skala kosmischer Distenzen. RS Pup pulsiert mit einer Periode von etwa 40 Tagen. Die regelmäßigen Schwankungen seiner Helligkeit sieht man mit einer Zeitverzögerung als Lichtecho im Nebel. Man misst nun die Zeitverzögerung und die Winkelbreite des Nebels. Außerdem kennen wir die Geschwindigkeit des Lichts. Daher konnten Astronomys mithilfe der Geometrie die Entfernung zu RS Pup auf 6500 Lichtjahre bestimmen. Die mögliche Abweichung beträgt ±90 Lichtjahre – das ist bemerkenswert wenig.

Dass man die Entfernung anhand des Echos ermittelt hat, ist eine tolle Leistung der Stellarastronomie. Damit lässt sich auch die absolute Helligkeit von RS Pup und die absolute Helligkeit anderer Cepheiden genau bestimmen. Das verbessert die Kenntnis der Distanzen zu Galaxien außerhalb der Milchstraße. Das Bild stammt vom Weltraumteleskop Hubble.

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Das beobachtbare Universum

Die Illustration veranschaulicht unser beobachtbares Universum. Im dunklen Kreis in der Mitte sind Sonne und Planeten. Nach außen hin wird der Maßstab immer gedrängter, weil die Darstellung logarithmisch ist. Nach anderen Sternen in der Umgebung folgen Galaxien, Filamente aus urzeitlicher Materie und schließlich die kosmische Hintergrundstrahlung am Rand des Kreises.

Illustrationscredit und Lizenz: Wikipedia, Pablo Carlos Budassi

Wie weit sehen wir? Das beobachtbare Universum ist alles, was ihr jetzt gerade seht und sehen könntet, wenn eure Augen jede Art von Strahlung erkennen würde. Im elektromagnetischen Spektrum stammt das Fernste, das wir messen können, von der kosmischen Hintergrundstrahlung im Mikrowellenbereich. Sie stammt aus einer Zeit vor 13,8 Milliarden Jahren. Damals war das Universum undurchsichtig wie ein dicker Nebel. Einige Neutrinos und Gravitationswellen um uns herum kommen sogar von noch weiter draußen. Doch die Menschheit hat noch keine Technik, um das zu erkennen.

Die Illustration zeigt das Universum, das wir beobachten können, in einem Maßstab, der nach außen hin immer kompakter wird. In der Mitte sind Erde und Sonne. Unser Sonnensystem umgibt sie. Dann folgen nahe Sterne, nahe Galaxien, ferne Galaxien, Fasern aus früher Materie und die kosmische Hintergrundstrahlung.

Kosmologys gehen davon aus, dass das Universum, das wir beobachten können, nur der nahe Teil eines größeren Ganzen ist. Wir bezeichnen es als „das Universum“ und gehen davon aus, dass überall die gleiche Physik gilt. Doch es ein paar beliebte, wenn auch spekulative Überlegungen. Manche behaupten, unser Universum wäre nur ein Teil eines größeren Multiversums. Darin gibt es abweichende Naturkonstanten. Es gelten andere physikalische Gesetze. Vielleicht gibt es darin höhere Dimensionen oder leicht abweichende Versionen unseres Standard-Universums.

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