Beschreibung: Wie entwickelte sich das Universum aus einem so gleichmäßigen Beginn? Um das zu verstehen, erstellten Quantenkosmologen und die NASA rechnerisch dieses Zeitraffer-Animationsvideo – eine Computersimulation von einem Teil des Universums. Die Simulation von 100 Millionen Lichtjahren beginnt etwa 20 Millionen Jahre nach dem Urknall und läuft bis in die Gegenwart. Nach einem glatten Beginn verwandeln sich Materieklumpen durch die Gravitation in Galaxien, die sofort anfangen, sich zueinander zu bewegen. Bald kondensieren viele von ihnen zu langen Fasern, während andere gewaltsam zu einem großen, heißen Galaxienhaufen verschmelzen. Die Untersuchung möglicher Eigenschaften des Universums durch Simulationen wie diese hilft bei der Konstruktionsentwicklung des James-Webb-Weltraumteleskops, dessen Start derzeit für Ende 2018 geplant ist.
Beschreibung: Diese winzige Kugel liefert Hinweise, dass sich das Universum ewig ausdehnt. Sie ist etwas größer als ein zehntel Millimeter und bewegt sich auf eine glatte Platte zu. Das ist die Reaktion auf Energieschwankungen im Vakuum des leeren Raumes. Diese Anziehung wird als Casimir-Effekt bezeichnet, benannt nach ihrem Entdecker, der vor etwa 60 Jahren zu verstehen versuchte, warum sich zähe Flüssigkeiten wie Mayonnaise so langsam bewegen.
Beschreibung: Wie sind wir hierher gekommen? Klicken Sie auf den Pfeil, lehnen Sie sich zurück und sehen Sie zu. Eine neue Computersimulation der Entstehung des Universums – die größte und anspruchsvollste, die je erstellt wurde – bietet einen neuen Einblick in die Entstehung von Galaxien und relativiert den Sitz der Menschheit im Universum. Das Illustris-Projekt – das bisher größte seiner Art – verbrauchte 20 Millionen CPU-Stunden und folgt 12 Milliarden Rasterelementen, wobei ein Würfel mit einer Kantenlänge von 35 Millionen Lichtjahren aufgespannt wird, während es sich mehr als 13 Milliarden Jahre lang entwickelte. Die Simulation ist die erste, die nachvollzieht, wie Materie eine große Vielfalt an Galaxientypen bildet. Während sich das virtuelle Universum entwickelt, kondensiert bald darauf ein Teil der mit dem Universum expandierenden Materie durch Gravitation und bildet Filamente, Galaxien und Galaxienhaufen. Das obige Video nimmt die Perspektive einer virtuellen Kamera ein, die einen Teil dieses sich verändernden Universums umkreist, und zeigt zuerst die Entwicklung Dunkler Materie, dann des Wasserstoffs, nach Temperatur codiert (0:45), danach schwere Elemente wie Helium und Kohlenstoff (1:30), dann wieder zurück zu Dunkler Materie (2:07). Unten links ist die Zeit gelistet, die seit dem Urknall vergangen ist, während rechts unten die Art der gezeigten Materie angeführt wird. Explosionen (0:50) zeigen Galaxienzentren mit sehr massereichen Schwarzen Löchern, die Blasen aus heißem Gas auswerfen. Es gibt interessante Unstimmigkeiten zwischen Illustris und dem realen Universum, die untersucht werden, etwa warum die Simulation ein Übermaß an alten Sternen erzeugt.
Beschreibung: Wie weit ist „Rotverschiebung z=6“ entfernt? Menschen sind zwar von Natur aus mit Entfernung und Zeit vertraut, doch was bei astronomischen Objekten gemessen wird, ist eigentlich die Rotverschiebung, also eine Farbabweichung, die davon abhängt, wie sich die Energiedichte in unserem Universum entwickelt hat.
In den letzten Jahren führten kosmologische Messungen zu einer Übereinkunft darüber, welche Energieformen unser Universum durchdringen. Daher ist es nun möglich, eine einfache Tabelle zu erstellen, welche die beobachtete kosmologische Rotverschiebung z mit dem Standardkonzept von Zeit und Entfernung in Relation setzen, so auch die hochgerechnete Zeit, seit das Universum entstand.
So eine Tabelle ist oben dargestellt. Die Rotverschiebung z ist in der ersten und der letzten Spalte gelistet. Das entsprechende Alter des Universums in Milliarden Jahren ist in der mittleren Spalte abzulesen. Die Bedeutung der restlichen Spalten ist in der begleitenden technischen Abhandlung beschrieben.
Sterne in unserer Galaxis weisen eine kosmologische Rotverschiebung z=0 auf, doch die fernsten Supernovae scheinen sich jenseits einer Rotverschiebung z=1 zu ereignen. Damit explodierten sie laut dem Diagramm, als das Universum etwa die Hälfte des aktuellen Alters erreicht hatte. Die fernsten bisher beobachteten Gammablitze hingegen ereignen sich außerhalb einer Rotverschiebung z=6, als das Universum weniger als eine Milliarde Jahre alt war, das sind weniger als 10 Prozent seines gegenwärtigen Alters.
Beschreibung: Wie wäre es, durch das Universum zu fliegen? Das vielleicht am besten simulierte Video, das das veranschaulicht, wurde aus kürzlich veröffentlichten Galaxiendaten der Sloan Digital Sky Survey erstellt. Jeder Punkt im obigen Video ist eine Galaxie, die Milliarden Sterne enthält. Viele Galaxien gehören zu riesigen Haufen, langen Filamenten oder kleinen Gruppen, während es auch ausgedehnte Lücken gibt, die kaum Galaxien enthalten. Der Film beginnt mit einem Flug mitten durch einen großen, nahen Galaxienhaufen und kreist später um das mithilfe der SDSS aufgenommene Universum – von der Erde etwa 2 Milliarden Lichtjahre entfernt (das entspricht einer Rotverschiebung von etwa 0,15). Analysen der Positionen und Bewegungen der Galaxien stützen die Annahme, dass unser Universum nicht nur die helle, sichtbare Materie enthält – Galaxien etwa -, sondern auch einen beträchtlichen Anteil an unsichtbarer Dunkler Materie und Dunkler Energie.
Beschreibung: Wie sieht das Universum auf einer kleinen Skala aus? Oder auf einer großen Skala? Die Menschheit entdeckt, dass das Universum in jeder Größenordnung, die erforscht wird, ein ganz anderer Ort ist. Zum Beispiel ist unseres Wissens jedes winzige Proton exakt gleich, doch jede riesige Galaxie ist anders. Oder – in vertrauteren Größenordnungen – eine für einen Menschen kleine Glastischoberfläche ist für eine Staubmilbe eine gewaltige, seltsam glatte Ebene – möglicherweise von Zellbrocken übersät. Nicht alle Skalenlängen sind gut erforscht – was zum Beispiel mit den winzigen Tröpfchen geschieht, die beim Niesen entstehen, wird derzeit aktiv untersucht – das zu wissen kann nützlich sein, um die Ausbreitung von Krankheiten zu stoppen. Die oben gezeigte interaktive Flash-Animation, eine aktuelle Version des klassischen Videos Zehn hoch, ist ein neues Fenster, das zu vielen der bekannten Größenordnungen unseres Universums führt. Wenn Sie den Scrollbalken am unteren Rand bewegen, können Sie eine Vielfalt an Größenordnungen untersuchen, während ein Klick auf die einzelnen Objekte Informationen über diese liefert.
