Schlagwort: Universum

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Dunkle Materie in einem simulierten Universum

Auf dieser Simulation ziehen sich dunkle Fäden durchs Universum. Es ist Dunkle Materie. Die bekannte Materie sind orangefarbige Klumpen, es gibt nur wenige davon.

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

Spukt es im Universum? Auf dieser Karte der Dunklen Materie scheint es so. Die Gravitation unsichtbarer Dunkler Materie erklärt am besten, warum Galaxien so schnell rotieren und warum sie so schnell um Haufen kreisen. Sie erklärt auch, warum Gravitationslinsen Licht so stark ablenken und warum sichtbare Materie so verteilt ist, wie sie ist. Das gilt im lokalen Universum, aber auch im kosmischen Mikrowellenhintergrund.

Das Bild entstand durch eine detailreiche Simulation mit Computern. Es stammt aus der Weltraumschau „Dunkles Universum” des Hayden-Planetariums im Amerikanischen Museum für Naturgeschichte. Das Bild zeigt, wie die allgegenwärtig die Dunkle Materie im Universum spukt. Die schwarzen, komplexen Fasern bestehen aus Dunkler Materie, die alles durchdringt. Sie sind hier wie Spinnennweben im Universum verteilt. Nur wenige Klumpen bestehen aus bekannter baryonischer Materie. Sie sind orange gefärbt. Die Simulation passt gut zu den Beobachtungen der Astronomie.

Dunkle Materie ist an sich schon ziemlich seltsam. Ihre Form ist unbekannt. Noch unheimlicher ist, dass sie nicht mehr als die seltsamste Quelle für Gravitation im Universum gilt, die wir vermuten. Diese Ehre gebührt nun der Dunklen Energie. Sie ist eine homogenere Quelle abstoßender Gravitation. Anscheinend bestimmt sie die Ausdehnung des ganzen Universums.

Nicht nur Halloween: Heute ist Tag der Dunklen Materie

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Woher stammen eure Elemente?

Dieses Periodensystem zeigt - anders als die üblichen Grafiken - den vermuteten Ursprung der Elemente, also ihre Entstehung in Sternen.

Bildcredit und Lizenz: Wikipedia: Cmglee; Daten: Jennifer Johnson (OSU)

Jedes Wassermolekül in eurem Körper enthält Wasserstoff. Er stammt vom Urknall. Im ganzen Universum gibt es keine weiteren nennenswerten Quellen für Wasserstoff. Der Kohlenstoff im Körper entstand im Inneren von Sternen durch Kernfusion. Das gilt auch für Sauerstoff.

Ein Großteil des Eisens in eurem Körper entstand vor langer Zeit in weiter Ferne bei Explosionen von Supernovae. Das Gold in eurem Schmuck entstand wahrscheinlich, wenn Neutronensterne kollidierten. Das löse vielleicht auch kurze Gammablitze und Gravitationswellen aus. Elemente wie Phosphor und Kupfer sind in unseren Körpern nur in Spuren vorhanden. Sie sind aber lebensnotwendig für alles bekannte Leben.

Dieses Periodensystem farbcodiert. Es zeigt die Vermutungen zum nuklearen Ursprung aller bekannten Elemente. Bei manchen Elementen wie Kupfer ist nicht klar, an wo sie entstehen. Daran forscht man weiterhin durch Beobachtung und Berechnungen.

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Spalte das Universum

Bildcredit: NASA, Erwin Schrödingers Katze

Jetzt, bevor ihr den Knopf drückt, sind zwei künftige Universen möglich. Wenn ihr den Knopf gedrückt habt, lebt ihr in einem dieser beiden weiter. Das ist eine echte Web-Version von Schrödingers berühmtem Experiment mit Katze. Wenn man auf diesem Astronautenbild den roten Knopf kickt, ändert sich das Bild, sodass der Astronaut eine von zwei Katzen zeigt. Eine lebt, die andere ist tot. Der Zeitpunkt des Klicks, kombiniert mit den Schaltungen im Gehirn und den Millisekunden Verzögerung des Geräts, liefern durch den Zufall der Quantenmechanik ein potenziell vorrangiges Ergebnis.

Manche glauben, dass die Quantenentscheidung, die ihr ausgelöst habt, das Universum teilt. Nach dieser Vorstellung existieren das Universum mit lebendiger und das Universum mit toter Katze in getrennten Teilen eines größeren Multiversums. Andere meinen, dass das Ergebnis eures Klicks die beiden möglichen Universen zu einem einzigen kollabieren lassen. Das geschieht auf eine nicht vorhersehbare Art und Weise.

Wieder andere glauben, dass das Universum klassisch deterministisch ist. Dann könnt ihr das Universum nicht wirklich spalten, wenn ihr den Knopf drückt. Stattdessen führt ihr nur eine Aktion aus, die seit Anbeginn der Zeiten so vorgesehen war. Egal, wie närrisch ihr euch beim Drücken des roten Knopfes fühlt und wie das Ergebnis ausfällt: Wir von APOD wünschen einen lustigen 1. April!

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Vier Bilder eines Quasars umgeben eine Galaxienlinse

Zwischen gelb leuchtenden Galaxien leuchtet ein seltsames Objekt. Ein Ring mit vier hellen Lichtern, die ein Kreuz bilden, umgibt ein weniger helles Objekt. Das Objekt in der Mitte ist eine Gravitationslinse für einen Quasar.

Bildcredit: ESA/Hubble, NASA, Sherry Suyu et al.

Das Seltsame an dieser Gruppe aus Lichtern ist: Vier davon sind derselbe ferne Quasar. In der Mitte der Quasarbilder liegt nämlich eine Galaxie im Vordergrund, die als unruhige Gravitationslinse wirkt. Ihr seht sie hier. Vielleicht noch seltsamer ist, dass man schätzen kann, mit wie schnell das Universum expandiert, indem man das Flackern des Quasars im Hintergrund beobachtet. Denn die Abläufe des Flackerns nehmen zu, wenn die Geschwindigkeit der Expansion steigt.

Das Verrückteste ist vielleicht, dass dieser mehrfach abgebildete Quasar ein Hinweis auf ein Universum ist, das etwas schneller expandiert, als man mit verschiedenen Methoden, die für das frühe Universum gelten, schätzte. Das ist so, weil … nun ja, niemand weiß, warum.

Mögliche Gründe gibt es viele: eine unerwartete Verteilung Dunkler Materie, ein unerwarteter Gravitationseffekt oder etwas ganz anderes. Vielleicht klären künftige Beobachtungen und Analysen diese Unklarheiten, die bei diesem und ähnlich gebrochenen Quasarbildern bestehen.

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Abell 370: Galaxienhaufen-Gravitationslinse

Der Bogen rechts oben im Bild von Abell 370 im Sternbild Walfisch wurde schon früh entdeckt, doch erst in den 1980er-Jahren fand man eine Erklärung dafür. Im Bild befinden sich viele weitere, aber kleinere Bögen. Sie stammen von Galaxien, die weit dahinter liegen.

Bildcredit: NASA, ESA und das Hubble-SM4-ERO-Team und ST-ECF

Was ist dieser seltsame Bogen? Auf Fotos des Galaxienhaufens Abell 370 zeigte sich ein ungewöhnlicher Bogen rechts über vielen Galaxien im Haufen. Man war zwar neugierig, doch die erste Reaktion war, den Bogen nicht weiter zu erwähnen, weil man zuvor nichts Vergleichbares beobachtet hatte.

Doch Mitte der 1980er-Jahre wurden die Bilder besser. Man erkannte den Bogen als Prototyp einer neuen Art astrophysikalischer Phänomene. Es ist der Gravitationslinseneffekt. Galaxienhaufen üben diesen Effekt auf Galaxien aus, die dahinter liegen. Heute wissen wir, dass dieser Bogen zwei verzerrte Bilder einer ziemlich gewöhnlichen Galaxie zeigt, die zufällig weit hinter dem riesigen Haufen liegt.

Durch die Gravitation von Abell 370 wird das Licht dieser und anderer Galaxien im Hintergrund aufgefächert. Dadurch erreicht es den Beobachter auf mehreren Wegen, ähnlich wie Licht einer fernen Lampe, das durch den Stiel an einem Weinglas fällt. Mitte Juli 2009 nützten Astronomen das Weltraumteleskop Hubble, um Abell 370 und seine Gravitationslinsenbilder detailreicher als je zuvor abzubilden. Hubble war damals gerade erst aufgerüstet worden.

Fast alle gelben Flecken im Bild sind Galaxien in Abell 370. Ein scharfes Auge erkennt jedoch viele seltsame Bögen und verzerrte Kurven. Es sind Bilder von weit entfernten Galaxien. Abell 370 und seine Bögen bieten einen einzigartigen Zugang zur Verteilung von normaler und Dunkler Materie in Galaxienhaufen und im Universum.

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Das Universum färben

Das Bild zeigt einen berühmten Holzschnitt. Eine Person kniet am Rand einer Kugel auf der Erde. Die Hand mit einem Stab liegt vorne am Boden. Der Kopf ragt durch eine Kugel, auf der Sterne, Sonne und Mond angebracht sind. Dahinter sind Wolken, Ringe und Zahnräder angebracht.

Bildcredit: unbekannt

Es ist sicher lustig, das Universum zu färben. Wenn euch das Spaß macht, nehmt fürs Erste diese berühmte astronomische Illustration. Ihr selbst oder eure Freunde, Eltern oder Kinder können es ausdrucken oder sogar digital ausmalen.

Vielleicht interessiert euch, dass der Künstler unbekannt ist, obwohl diese Illustration in den letzten 100 Jahren an vielen Stellen auftauchte. Außerdem hat die Arbeit keinen Namen, der anerkannt wurde. Habt ihr eine gute Idee? Das Bild erschien erstmals 1888 in einem Buch von Camille Flammarion. Sie veranschaulicht, 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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