„Die ehrgeizigste Simulation des Universums“

bis jetzt ist soeben publiziert worden: Dem Illustris-Projekt, das mehrere Jahre gedauert hatte und Ende 2013 fertig war, gelang eine Kombination von hoher räumlicher Auflösung, betrachtetem Volumen – immer noch nur ein kleiner Ausschnitt des ganzen Kosmos, aber ein repräsentativer – und vor allem auch physikalischer Treue, wie es sie noch nie gegeben hat.

Im Gegensatz zu früheren Groß-Simulationen des Kosmos spielen diesmal nicht nur die – für die Ausbildung großräumiger Strukturen dominante – Dunkle Materie sondern auch die Baryonen mit, aus denen in der hydrodynamischen Rechnung „echte“ Galaxien entstehen. Und auch die chemische Entwicklung des Gases wird berücksichtigt.

Die sind so realistisch geraten, dass man sie problemlos in das klassische Hubble-Diagramm der Galaxien-Typen einsortieren kann. (Und auch simulierte Ansichten von Hubble Deep Fields mit Galaxien in einem früheren Entwicklungsstadium sind vom Original kaum zu unterscheiden.)

Und auf den ganz großen Skalen wird der Kosmos genau so gut getroffen: hier – dargestellt für den massereichsten entstandenen Galaxienhaufen – die Dichteverteilung der Dunklen Materie in Blau und die Geschwindigkeit des Gases in rötlich. Besonders interessant sind allerdings jene Detailaspekte, bei denen sich Simulation und kosmische Wirklichkeit noch widerprechen, v.a. bei der Entwicklung kleiner Galaxien: Hier locken neue Einsichten. Viele weitere Visuals gibt es hier zu bestaunen, auch in Bewegung – das Video hier fasst eine Reihe Visualisierungen zusammen:

Die enorm umfangreichen Rechnungen liefen auf Rechnern in Frankreich, Deutschland und den USA und benutzten ein “moving, unstructured mesh”, ein Mittelding aus smoothed particle hydrodynamics und adaptive mesh refinement: Die Simulation begann 12 Mio. Jahre nach dem Urknall und verfolgte 12 Milliarden Auflösungselemente 13 Mrd. Jahre lang, in einem 107 Mpc großen Kubus, in dem am Ende 41’416 Galaxien entstanden waren. In die Simulation kann man mit diesem Zoom-Tool eintauchen – auch ein Press Release, eine Pressemitteilung und Artikel hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier und hier. NACHTRÄGE: Das erste Illustris-Paper als Preprint, ein weiterer Press Release, ein Mini-Vortrag, weitere Artikel hier, hier, hier und hier und mehr Links.

z=7.5: neuer Kandidat für die „fernste Galaxie“

Gemeint ist natürlich die Galaxie mit der höchsten Rotverschiebung, die zuverlässig per direkter Spektroskopie ermittelt – und nicht lediglich durch ihre Abwesenheit auf Bildern unterhalb einer bestimmten Grenzwellenlänge abgeschätzt – wurde: Diverse Kandidaten für Galaxien mit Rotverschiebungen von 8 bis über 10 hinaus geistern schließlich schon eine Weile durch die Literatur. Doch vor drei Jahren wurde in einem immerhin in Nature erschienenen Paper die spektroskopische Messung einer Rotverschiebung von 8.6 einer der Galaxien des Hubble Ultra Deep Fields behauptet und in Pressemitteilungen wie der Wikipedia gefeiert, und noch letztes Jahr ging die ESA davon aus, dass dem so war. Nur leider konnte die angebliche Spektrallinie nicht wieder gefunden werden, weder in neuen noch den neu reduzierten ursprünglichen Daten, und mit der Veröffentlichung dieses Nullresultats diesen April ist es nach Meinung der meisten Hoch-z-Astronomen um die 8.6 geschehen. So jedenfalls Steven Finkelstein, der erste Autor des Papers mit der neuen z=7.5-Galaxie, gegenüber diesem Blog („the general sense in the community is that no one believes it anymore“) – der Autor des 8.6-er Papers war nicht zu erreichen; formell zurück gezogen hat er es offenbar nicht.

Unter den angeblichen z>8-Galaxien scheinen überhaupt eine Menge Nieten zu sein, sagt auch z=7.5-Co-Autor Casey Papovich: „[W]e struggled with the language in our own press releases because there are other reputed candidates for the most ‚distant‘ galaxy. The fact is that this galaxy at z=7.5 is now the most distant galaxy with a spectroscopic confirmation. [… T]here are many candidates for distant galaxies, indeed Steve and Tilvi targeted some 40 ‚candidates‘ for spectroscopy with their time on the Keck telescope (and I think Steve has more than 100 ‚candidates‘ total selected from deep Hubble Space Telescope imaging), and yet they detected significant line emission from only 1 of the candidates (this is the ‚Lyman-alpha‘ emission, which is one of the fundamental lines from Hydrogen and very common in galaxies that are forming stars rapidly as this object apparently is). [… T]he emission line in our galaxy at z=7.5 appears robust (we’ve done every test that either we or our collaborators can think of), and we’re very confident in it.“

Die neue Galaxie, z8_GND_5296 getauft, fällt durch ihre hohe Sternbildungsrate von 300 Sonnenmassen pro Jahr auf, die auch durch Beobachtungen mit dem Spitzer Space Telescope untermauert wird (die Milchstraße schafft mit 1-2 Sonnen/Jahr nur etwa 1/150 davon). Wir sehen sie zu einem Zeitpunkt, als das Universum mit ca. 700 Mio. Jahren nur 1/20 seines heutigen Alters hatte und die Reionisierung des Alls – die es wieder durchsichtig machte – gerade begonnen hatte. Die Galaxie war eine von 43 näher untersuchten Entdeckungen des Hubble Space Telescope im Rahmen der Cosmic Assembly Near-Infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS) und die einzige, die dem Keck-Spektrographen MOSFIRE (Multi-Object Spectrometer For Infra-Red Exploration) eine klare – wie die Autoren befinden – Lyman-Alpha-Linie zeigte, mit einer Rotverschiebung von 7.51. Der bisherige spektroskopische Rekordhalter hatte, nach dem ‚Verlust‘ des o.g. z=8.6-Kandidaten, eine Rotverschiebung von 7.2 gehabt. NACHTRÄGE: Das neue Paper, mehr Press Releases hier, hier und hier & Artikel hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier und hier.

So klingt der Urknall … in HiFi, Planck sei Dank

Mit der Veröffentlichung des Planck’schen Power-Spektrums der Temperatur-Variationen Kosmischen Hintergrundstrahlung am Himmel vor zwei Wochen – dazu noch weitere Pressemitteilungen hier, hier und hier, ein Interview und Artikel hier, hier, hier, hier (Cartoon), hier, hier, hier, hier, hier und hier – ist auch eine neue Sonifikation eben dieses Spektrums und seiner Variation über die ersten 760’000 Jahre kosmischer Geschichte möglich geworden, auch hier und hier beschrieben. Zwar gibt es jetzt dank der gegenüber WMAP höheren Winkelauflösung Plancks einen besseren Frequenzgang und sozusagen HiFi-Qualität, aber nennenswerte neue Erkenntnisse liefert wohl auch Planck vertont nicht.

Wie signifikant widerspricht Planck dem Rest der Welt?

Die Modellierung der Planck-Daten durch 6 Parameter (grüne Linie) liefert vermeintlich exakte Zahlen über den Kosmos, die indes nicht immer gut zu direkt bestimmten Werten passen. Insbesondere für die Hubble-Konstante H0 kamen letztens immer wieder deutlich größere Werte heraus, namentlich in diesem fundamentalen Paper, dessen erste zwei Autoren gegenüber diesem Blog keine Konzessionen gegenüber den Planck-Auswertern machen wollten, die alle Hoch-H0-er unter den Generalverdacht von Eichproblemen stellen. (Zusätzliche Konfusion schafft dabei übrigens die direkte Eichung von Cepheiden über die geometrische Distanzbestimmung der Galaxie NGC 4258, die ebenfalls zu 74 km/s/Mpc führt, während das Megamaser Cosmology Project, das die Technik auf weitere Galaxien ausdehnt, im jüngsten Zwischenbericht bei Planck-kompatiblen 68 steht.)

In einem lesenswerten Paper über die „importance of local measurements for cosmology“ hatten kürzlich Licia Verde et al. auf genau diese Widersprüche schon zwischen WMAP und „lokalen“ kosmologischen Parameter-Bestimmungen hingewiesen, wobei es außer bei der Hubble-Konstanten H0 auch beim Weltalter gewisse ‚Spannungen‘ gibt (siehe ISAN 185-3): Bevor man sagen könne, ob das Problem durch Planck signifikant größer geworden sei, so Verde heute zu diesem Blog, müsse noch einige trickreiche Statistik ran, und die zwei völlig unterschiedlichen Methoden zu vergleichen. „At the moment ages look Ok with Planck, it’s when one combines all that with H0 that things get interesting“, lautet aber ihre derzeitige Einschätzung: „But yes, if there is indeed a tension and the H0 numbers (and their interpretation) hold, this would point to something beyond the ‚maximally boring Universe‘ …“

Warum es dieses Mal noch keine Planck-Aussagen zur Polarisation der Hintergrundstrahlung gab, wurde auf einer Konferenz diese Woche durch noch nicht verstandene systematische Effekte erklärt. Über diese und andere Erkenntnisse von der ersten Post-Planck-Tagung hat ein Teilnehmer bereits hier, hier und hier in Quasi-Echtzeit ziemlich detailliert gebloggt – auf seinem Bericht vom heutigen, letzten Tag (wo es auch um den Vergleich von Planck mit anderen Methoden gegangen sein sollte), warten wir noch. NACHTRAG: Es sind sogar zwei Berichte geworden, hier und hier. „Unfortunately no real insight was gained regarding these discrepancies during the conference,“ heißt es da bzgl. der o.g. Diskrepanz mit der Hubble-Konstanten. Und Planck hat quasi ‚das Ende‘ der Kosmologie mittels CMB-Fluktuationen erreicht: „Planck has more or less exhausted the temperature anisotropies in the CMB as a useful probe of cosmology.“ NACHTRAG 2: Außer zum SUSY-Suchen, vielleicht …

Live-Blog „von“ der 221. AAS-Tagung – Teil 1

Der SN-Rest Cas A aus Sicht des neuen Röntgensatelliten NuSTAR, in Falschfarben – für die Energiebereiche 4.5 bis 20 keV = R bis B – auf die Digital Sky Survey gelegt: präsentiert auf der gerade begonnen habenden 3. AAS-PK (live hier übertragen), wo auch ULXs in der Galaxie Caldwell 5 diskutiert wurden. Dem Satelliten geht es gut, seine Mission hat aber gerade erst begonnen. [23:45 MESZ – Ende dieses Teils. NACHTRAG: Auf derselben PK wurden auch der Vela-Pulsar und der Blazar 4C +71.07 diskutiert.]

Wie es mit der Erforschung der sehr fernen Galaxien weiter gehen kann (s.u.) wurde gerade in einer AAS221-Session über das James Webb Space Telescope – via Webinar-Zugang zu verfolgen – diskutiert: Das Hubble Space Telescope kann in seinen späten Jahren, etwa mit Hilfe von Gravitationslinsen, zumindest ein bisschen JWST spielen. [23:20 MEZ]

Die im HUDF zu findenden Galaxien reichen nicht, um die Reionisation des Universums zu erklären (wie auch andere Methoden gezeigt haben), wurde gerade auf der 2. PK der 221. AAS-Tagung – das gab’s auf der ersten! – im Detail vorgerechnet.

Aber man kann aus den Beobachtungen des UDF12-Projekts – bereits in Papers hier, hier und hier beschrieben, mit mehr in der Pipeline – zugleich hochrechnen, dass es genug noch schwächere Galaxien (für Hubble nicht mehr, wohl aber das JWST erkennbar) geben sollte, die das dann schaffen sollten. [NACHTRÄGE: Wie in diesem Paper, das in der Nacht folgte, zu lesen ist; auch in einem anderen Live-Blog wurde diese PK erwähnt.]

Und was ist mit der angeblichen z=11.9-Galaxie im UDF12 aus ISAN 178-6? Im einführenden Referat der PK ging G. Ellis zwar auf generelle Unsicherheiten mit dem Objekt ein, erwähnte aber erst in Q&A ein konkret zweifelndes Paper: Die dort behauptete Detektion einer Spektrallinie, die die hohe Rotverschiebung widerlegen würde, sei „intriguing“ aber „very marginal“ und er „wouldn’t bet my house“ darauf. Weder eine große noch kleine Rotverschiebung für die – seit Jahren diskutierte – Galaxie seien allerdings „wasserdicht“, und so oder so sei das ein ziemlich ungewöhnliches Objekt. [22:40 MEZ]

Physik-Nobelpreis für die Dunkle Energie!

„The Royal Swedish Academy of Sciences has decided to award the Nobel Prize in Physics for 2011 with one half to Saul Perlmutter […] and the other half jointly to Brian P. Schmidt […] and Adam G. Riess […] ‚for the discovery of the accelerating expansion of the Universe through observations of distant supernovae'“ – so ist’s entschieden: Die Entdeckung der Dunklen Energie mit Hilfe von Supernova-Fotometrie in den 1990-er Jahren, erstmals von diesem Blogger berichtet im Cosmic Mirror #68, hat nun die höchste denkbare wissenschaftliche Ehre erhalten. Und der Autor kann sich ‚rühmen‘, noch am Tag der Bekanntgabe der verblüffenden Entdeckung auf einer Tagung in Washington, DC, die faszinierenden astronomischen Details – etwa die ‚Vorbuchung‘ des HST für Supernovae, die noch gar nicht ausgebrochen sind – mit Saul Perlmutter an seinem Poster diskutiert zu haben.

Perlmutter und Schmidt & Riess leiteten zwei konkurrierende Arbeitsgruppen zur kosmologischen Ausnutzung von Supernovae mit hoher Rotverschiebung, die praktisch gleichzeitig publizierten. Viele andere Messmethoden haben die Dunkle Energie inzwischen ebenfalls nachgewiesen (was ausschlaggebend für die Preisvergabe war, wie das Nobelkomitee gerade auf seiner PK betonte): Zusammen mit der Dunklen Materie bildet sie die Basis der modernen Kosmologie. Und warum gab’s nix für Vera Rubin, die als Entdeckerin der Dunklen Materie gilt, wurde auf der PK gefragt: Da gäbe es auch andere und eine längere Geschichte dahinter, war die Antwort, und das müsse „noch ermittelt“ werden. Vielleicht kommt da ja noch mal was … NACHTRAG: Artikel strömen herein, z.B. hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier und hier. NACHTRAG 2: Im Glanze sonnen sich IOP, ESO und ANU. NACHTRAG 3: „Rapid Reaction“ von Schmidts Kollegen in Oz; weitere Links im Cosmic Mirror #344.

Fundamental-physikalische Nachrichten kompakt

Zuviel Galaxien-Klumpung auf den größten Skalen?

Der Effekt ist nur ein paar Prozent groß, und viele systematische Störquellen – quer durch’s Universum – müssen sicher ausgeschlossen werden, aber derzeit scheint es, ab ob die Verteilung der Galaxien im Kosmos auf den größten Skalen klumpiger ist als es die Standardkosmologie (die auf kleineren Skalen bestens passt) vorhersagt. 723’556 leuchtkräftige rote Galaxien (LRGs) aus der Sky Digital Sky Survey – genauer: deren MegaZ DR7 Photometric Redshift Survey – waren in vier Rotverschiebungsintervalle zwischen 0.45 und 0.65 eingeteilt worden: Je größer die Rotverschiebung desto ausgeprägter das Clustering. Offensichtliche Dreckeffekte sehen die Autoren nicht, die entweder subtile Effekte speziell bei den fernsten und schwächsten Galaxien oder aber „neue Physik“ als Erklärung vorschlagen. Eine unabhängige Überprüfung mit SDSS-Galaxien des DR8 sieht die behauptete Klumpung übrigens nach Beseitigung vieler Störquellen nicht … (Thomas & al., Phys. Rev. Lett. 106 241301, Hudson, Physics 13.6., Ross & al., Preprint 1.7.2011)

Die Lorentz-Invarianz ist so gesund wie noch nie bzw. eine Lorentz Invariance Violation (LIV) besser denn je ausgeschlossen: Das ergibt sich aus Polarisationsmessungen eines Gamma-ray Bursts in 85 Mpc Entfernung durch den Satelliten Integral. Eine mögliche Folge von LIV – die sich bei bestimmten Verknüpfungen von Allgemeiner Relativität und Quantentheorie ergäbe – wäre Doppelbrechung im Vakuum (vaccum birefringence): Die Polarisationsebene von Photonen würden sich anhängig von ihrer Energie verschieden verdrehen. Das war schon beim nahen Krebspulsar nicht gesehen worden und nun auch beim besonders hellen GRB 041219A nicht, was mögliche LIV noch um vier Größenordnungen stärker einschränkt. Kann man auch so ausdrücken, dass die „Körnigkeit“ der Raumzeit < 10^-48 m ist, was manchen Theoretikern aber nicht passt. Und zu der kuriosen Hypothese eines "holografischen Universums" passt's auch nicht. (Laurent & al., Physical Review D 83 121301 (2011); ESA Release 30.6., Discovery 1., New Scientist 7.7.2011)

Oszillationen von Myon- in Elektron-Neutrinos gesehen

hat offenbar das MINOS-Experiment in den USA, bei dem Neutrinostrahl vom Fermilab 735 km weit zu einem Detektor in die Soudan-Mine geschickt wird: Dieses Ergebnis passt zu den Messungen von T2K in Japan und schränkt die physikalischen Parameter der Neutrinooszillationen noch schärfer ein als dieses. MINOS setzt seine Messungen noch bis 2012 fort, T2K soll sie – nach Behebung der Bebenschäden – Ende des Jahres wieder aufnehmen, und weitere Oszillationsexperimente mit Neutrinos aus KKWs sind in Vorbereitung: In absehbarer Zeit wird das Wesen dieser extrem flüchtigen Elementarteilchen noch viel besser im Griff sein. (Fermilab Press Release, Nature Blog, Ars Technica 24.6.2011. Und D0-Akten, Symmetry Breaking 30.6., Resonaances, BBC 1., New Scientist 6.7.2011 zum signifikanter gewordenen B-Mesonen-Effekt am Tevatron, der etwas zum Überwiegen der Materie gegenüber der Antimaterie aussagen könnte)

Das Untergrundlabor DUSEL würde Milliarden von Dollar kosten, hat eine detaillierte Studie für das dringend gewünschte Labor in der ehemaligen Homestake-Mine („Neues Untergrundlabor …“) ergeben: zwischen 1.2 und 2.2. Mrd.$. Drei Experimente soll(t)en dort ihre Heimat finden, der gewaltige Neutrinodetektor LBNE, der wieder (s.o.) Neutrinos aus dem Fermilab sehen würde, und zwei kleinere Instrumente. Um das Deep Underground Science and Engineering Lab nebst LBNE in absehbarer Zeit zu realisieren, wäre ein baldiger „Buckel“ im Budget des federführenden US-Energieministeriums vonnöten, der angesichts der enormen Sparzwänge derzeit nicht in Sicht ist. (Science 1.7.2011 22-23) NACHTRAG: Zumindest die DUSEL-Wissenschaft hat gute Noten bekommen, auch wenn’s jetzt wenig hilft.

Materie zerschmilzt zu Quark-Gluonen-Plasma bei 2 x 10^12 Kelvin (2 Billionen Grad)

bzw. – physikalischer gesprochen – bei 175 MeV Energie: Das ist eine zentrale Erkenntnis aus Messungen mit dem Beschleuniger RHIC (siehe Artikel A50a) im Zusammenspiel mit theoretischen Berechnungen, die diesen fundamentalen Parameter der Quantenchromodynamik nun so direkt wie möglich festgelegt haben. Das Ergebnis passt zwar auch zu indirekteren Herleitungen aus der Lattice-Variante der QCD, aber die Berechnungen der RHIC-Forscher halten mache Lattice-Theoretiker für weitgehend wertlos. So oder so zielen neue RHIC-Messreihen bereits auf den kritischen Punkt im Phasendiagramm der QCD, eine noch bedeutendere Größe in diesem Theoriegebäude der Materie, während gleichzeitig das ALICE-Experiment des LHC bei gelegentlichen Blei-Blei-Kollisionen („Erste LHC-Blei-Ergebnisse …“) die – überraschend geringe – Viskosität des Quark-Gluonen-Plasmas bestimmt. (LBL Press Release, Physics World 23.6.2011. Und Welt der Physik 24.6.2011 zur möglichen Beobachtung von Hadronen aus 6 Quarks im Forschungszentrum Jülich – die leider nur 10^-23 Sekunden lebten …)

Nachrichten aus der Astrophysik kompakt

Dunkle Energie auch allein aus der Hintergrundstrahlung

eindeutig zu erschließen: Das geht, wenn man die Gesamtkarte des CMB vom WMAP-Satellit mit einem 20-mal höher aufgelösten Himmelsausschnitt derselben 3-K-Strahlung vom Atacama Cosmology Telescope kombiniert. Denn letzteres Radioteleskop in Chile kann auch die Gravitationslinsen-Wirkung von fernen Galaxien auf dieses Strahlungsfeld nachweisen, wie erst vor wenigen Monaten etabliert werden konnte: Dichtefluktuationen des Kosmos auf 100-Mpc-Skalen bei Rotverschiebungen zwischen 1 und 3 machen sich bemerkbar. Und diese Daten „brechen“ die „Degeneration“ des Power-Spektrums der Hintergrundstrahlung, das als solches zwar eine Menge aussagt aber keine vernünftigen Aussagen über die Dunkle Energie zulässt. Deren Existenz ist nun allein aus dem CMB heraus mit 3.2 Sigma Signifikanz bestätigt. Keine fernen Supernovae etc. mehr nötig, an deren Zuverlässigkeit man herumkritteln könnte. (Das & al., Preprint 10.3.2011, Bhattacharjee, Science 332 [29.4.2011] 522, Sherwin & al., Preprint 2., Astrobites 4.5.2011)

BOSS analysiert 3D-Struktur des Alls mit Quasar-Absorption: Erst 1/10 der erwarteten 160’000 Quasar-Spektren sind im Kasten, aber die Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (siehe ISAN 95-8) hat bereits mit den ersten 14’000 demonstrieren können, dass sich daraus die dreidimensionale Korrelationsfunktion der Absorptionslinien des Lyman-Alpha-Waldes ermitteln lässt – woraus sich wiederum kosmologische Informationen gewinnen lassen. Erstmals zeichnen somit die in den Quasar-Spektren nachweisbaren intergalaktischen Wasserstoffwolken ein 3D-Bild der kosmischen Struktur. Das bisher, na so was, bestens zum Standardmodell der Kosmologie passt – simplere Weltmodelle versagen. (Slosar & al., Preprint 27.4., LBL Release 1., astrobites, DLF 2.5.2011)

476 Gamma-ray Bursts im zweiten Katalog von Swift

Die GRB-Kataloge des NASA-Satelliten (siehe Artikel B14) gelten als das Nonplusultra für die Erforschung dieser kosmischen Explosionen, sind die Positionsangaben doch durchgehend viel genauer als in früheren Katalogen, nämlich auf wenige Bogenminuten. Der zweite Katalog des BAT-Instruments von Swift enthält nun 476 Bursts von 2004 bis 2009, mit denen sich eine Menge Statistik betreiben lässt. (Sakamoto & al., Preprint 25.4.2011) Die vermeintliche Korrelation von GRBs und Sternpositionen („Provokation …“) muss in diesem Licht neu überprüft werden – was schwierig ist, wenn der Autor seine konkreten ‚Treffer‘ nicht preisgibt. (B. Schaefer, pers. Mitt. 26.4.2011)

CA pleite: Allen Telescope Array im Zwangs-„Winterschlaf“

Das im Aufbau befindliche Radiointerferometer ATA in Nordkalifornien – erst 42 der angestrebten 350 kleinen Schüsseln stehen – kann vorerst nicht weiter betrieben werden: Die bisher zur Verfügung stehenden öffentlichen Mittel sind aufgrund der Finanzkrisen Kaliforniens wie des Bundes verebbt. Statt weiter nach Alien-Funk zu lauschen (gerade wollte man sich die 1235 Kepler-Welten vornehmen) und ’normale‘ Radioastronomie zu betreiben, musste die Anlage am 15. April in einen Sicherheitszustand versetzt werden: Die Kühlung empfindlicher Komponenten bleibt, und Schaden ist zunächst nicht zu erwarten, aber geforscht wird nicht mehr. Gewisse Hoffnung ruht auf der U.S. Air Force, die die Antennenanlage (die dafür womöglich sogar noch ausgebaut würde) für die Überwachung von Weltraummüll einsetzen könnte – in einem unklaren Timesharing mit den Astronomen und SETI-Fans. Und nach Privatspenden hält man auch schon Ausschau. (Rundschreiben, Cosmic Diary 22., Nature Blog 25., HuffPo, BdW 26., Science Journalism Tracker, Space Today 27., Wired 28.4., Science Journalism Tracker 12.5.2011)

Spezialspiegel für neuartiges AO-Instrument für das VLT fertig: Drei toroidal geschliffene Spiegel für das SPHERE-Instrument sollen – weil nur so wenige Reflexionen im gesamten Lichtweg nötig sind – besonders kontrastreiche Bilder liefern, mit denen bei 1.65 µm die direkte Abbildung von Exoplaneten neben ihren Sternen versucht werden soll. Um die Zahl der optischen Elemente für diese „Extrem-Adaptive Optik“ (XAO) zu mininieren, mussten umgekehrt deren Formen besonders exotisch ausfallen. (ESO Announcement 28.4.2011)

Nachrichten aus der Astronomie kompakt

Lasset uns neben der Sternwarte zündeln, sagte sich die texanische Feuerwehr, als sich vergangenes Wochenende ein großer Waldbrand dem McDonald Observatory näherte: drei dramatische Impressionen des gelegten Gegenfeuers von Frank Cianciolo vom 17. April (mit mondbeschienenen Kuppeln und – in voller Auflösung – vielen Sternspuren). Die Operation gelang, und schon am 20. April konnte die Sternwarte wieder arbeiten, die seit dem 11. April wegen unterbrochener Stromleitungen stillgelegt war.

Alle 40 Mio. Jahre ein Riesenimpakt auf die junge Erde

Eine Folge von Erdschichten reich an Sphärulen (wie sie nur bei großen Impakten entstehen), die Krater-Geschichte des Mondes und die heutige Anzahl der Asteroiden aus der Hungaria-Familie: Das alles passt zu einem neuen Szenario für die Geschichte des inneren Sonnensystems vor 3.8 bis 2.5 Mrd. Jahren. Nicht alle 500 sondern alle 40 Mio. Jahre ist es demnach zu gewaltigen Einschlägen gekommen, für die Jupiter und Saturn während ihrer Drift näher zur Sonne hin verantwortlich waren: Dabei mischten sie einen heute verschwundenen inneren Asteroidengürtel auf, von dem heute nur noch die Hungarias auf schrägen Bahnen zeigen – so sehen es jedenfalls neue Modellrechnungen, die auf einer großen Sonnensystems-Tagung im März wohlwollend zur Kenntnis genommen wurden. (Science 15.4.2011 S. 302-3)

Hundert kleine neue Impaktkrater entstehen jedes Jahr auf dem Mars, und der Mars Reconnaissance Orbiter hat bereits 201 entdeckt, seit er in der Umlaufbahn ist: Diese direkt beobachtete Rate passt erfreulich gut zu Extrapolationen aus der Zahl viel größerer alter Krater auf dem Mars. Damit sind wiederum Altersbestimmungen von Mars-Regionen durch Kraterzählungen – die einzige Methode, die bei der Fernerkundung zur Verfügung steht – auf sichereren Beinen. (ibid. S. 303)

Der „heiße Jupiter“ mit dem geringsten Abstand von seiner Sonne

ist der Exoplanet WASP-43b: Alle 19 1/2 Stunden saust er um einen Stern des Spektraltyps K7. Zwar ist WASP-19b noch etwas schneller, aber dafür ist die Masse von WASP-43 geringer als bei jeder anderen Sonne eines heißen Jupiter – und damit die Halbachse der Bahn von 43b mit 0,014 AU oder 2.1 Mio. km die kleinste. Heiße Jupiters mit so geringen Umlaufsperioden sind extrem selten, typisch sind 3 bis 4 Tage lange „Jahre“: Wieder ein Mosaiksteinchen für das große Gesamtbild der Planetensysteme. (Hellier & al., Preprint 14.4.2011)

Der heißeste Exoplanet, der bisher gefunden wurde, ist WASP-33b, das heißer Jupiter um einen A5-Stern kreist: Seine Oberflächentemperatur liegt nach Messungen im nahen IR bei 3366±130 Kelvin! Ein Wärmetransport von der Tag- auf die Nachtseite findet dort kaum statt. (Smith & al., Preprint 12.1.2011)

Hipparcos-Daten bestätigen die tatsächliche Planetennatur einiger Exoplaneten

Der 2007 noch einmal nachgebesserte astrometrische Katalog der Hipparcos-Mission ist dazu benutzt worden, um die Sonnen zahlreicher per Radialgeschwindigkeits-Effekt gefundener Exoplaneten zu betrachten: Praktisch nie ist eine Bewegung des Sterns auch in der Himmelsebene zu sehen, aber immerhin gibt es so Massenobergrenzen. Und man kann nun sicher sagen, dass u.a. die Planeten von Pollux, Epsilon Eridani, Epsilon Reticuli, Mu Arae und einiger anderer Sterne wirklich welche sind und keine Braunen oder gar Roten Zwerge sein können. (Reffert & Quirrenbach, Preprint 11.1.2011)

Erster per Radialgeschwindigkeit entdeckter Planet erneut bestätigt: Die wenigsten erinnern sich noch, dass nicht erst 1995 (mit 51 Peg b) sondern schon 1987 mehrere Kandidaten für Planeten normaler Sterne präsentiert wurden, damals mit erheblichem Unglauben zur Kenntnis genommen. Einer der damaligen Planeten, von Gamma Cephei, wurde 2003 durch bessere Radialgeschwindigkeits-Messungen bestätigt, nun sind weitere 7 Jahre Messungen ausgewertet: Das 900-Tages-Signal von einem großen Planeten ist eindeutig. (Endl & al., Preprint 13.1.2011)

GJ 3483 „gewinnt“ als allerkühlster Brauner Zwerg

und untertrifft J1458+1013 (siehe ISAN 133-7): So sieht es jedenfalls eine Analyse von WISE- und Spitzer-Messungen der beiden Objekte, die dank sehr ähnlicher Filter bei 4.5-4.6 µm möglich ist. (Wright & al., Preprint 13.4.2011)

Der erste Mira-Stern in der Triangel-Galaxie Messier 33 ist spektroskopisch bestätigt: Der zunächst für eine Nova gehaltene Stern hat 665 Tage Periode und eine Amplitude von mindestens 7 Größenklassen – und ist einer der leuchtkräftigsten Mirasterne überhaupt und auch sonst in mancher Beziehung extrem. (Barsukova & al., Preprint 15.1.2011)

UV-Satellit GALEX gut zum Finden naher Roter Zwerge

Und zwar junger Exemplare (unter 100 Mio. Jahren), die genügend Ultraviolett-Licht ausstrahlen: Bei seiner Himmelsdurchmusterung ist der NASA-Satellit – durch Kombination der Daten mit Bildern in anderen Wellenlängen – auf inzwischen 17 bestätigte Objekte dieser Art gestoßen. Die wiederum wegen ihrer geringen Leuchtkraft und Erdnähe besonders gut für bestimmte Methoden der Exoplaneten-Suche geeignet sein sollten. (JPL Release 7.4.2011)

Kein Planet im Sirius-System ist bei direkten Hochkontrast-Aufnahmen mit dem Subaru-Teleskop und Adaptiver Optik zu finden gewesen: Damit dürfte eine angebliche astrometrische Detektion eines „Sirius C“ ein Irrtum gewesen sein. Und Sirius B strahlt nur ein reines Schwarzkörper-Spektrum ab: Da gibt’s keinen IR-Exzess. (Thalmann & al., Preprint 7.4.2011)

Provokation aus Russland: Gehen einige Gamma Ray Bursts auf gewöhnliche nahe Sterne zurück?

Nur 40% der Gamma Ray Bursts am Himmel lassen sich nach Ansicht eines Physikers der Moskauer National Nuclear University eindeutig fernen Galaxien zuschreiben, da die Rotverschiebungen klar gemessen wurden – aber was, wenn es mehrere völlig verschiedene Prozesse gäbe, die zu GRBs führen? Und so hat er einen Katalog naher heller G-, K- und M-Sterne – die zu normalen Flares in der Lage sind – mit den Positionen mehrerer hundert GRBs verglichen, die der Swift-Satellit entdeckt hatte: Bei den eindeutig ‚kosmologischen‘ GRBs gibt es keine nennenswerten Übereinstimmungen im Rahmen der Ortsgenauigkeit von Swift, wohl aber bei den „anderen“ GRBs. Angeblich beträgt die Wahrscheinlichkeit für einen Zufall nur 1:25’000: Ob diese „definite evidence for real stellar CGB identification“ wohl echt ist …? (Luchkov, Preprint 17.4.2011)

Polarisierte Gamma-Strahlung vom Schwarz-Loch-Kandidaten Cygnus X-1 – dem berühmtesten Vertreter dieses Typs Röntgendoppelstern – ist auf trickreiche Weise mit dem Satelliten INTEGRAL isoliert worden: Seine Röntgenstrahlung von 400 keV bis 2 MeV ist stark polarisiert und hängt wohl mit dem Jet der Quelle zusammen, der im Radiobereich zu sehen ist: Ein starkes und großräumig kohärentes Magnetfeld ist jedenfalls für den hohen Polarisationsgrad erforderlich. Leider wird es noch lange keine Instrumente geben, um den Jet auch im Hochenergiebereich räumlich aufzulösen und zu beweisen, dass er tatsächlich hinter der polarisierten Röntgenstrahlung steckt. (Laurent & al., Science 332 [22.4.2011] 438-9, auch Hardcastle, ibid. 429-30; ESA Release [mehr] 24.3.2011)

Auch 10^11 Jahre nach dem Urknall noch Kosmologie möglich

Auch wenn die beschleunigte Expansion des Universums – einen konstanten Lambda-Term einmal angenommen – irgendwann alle anderen Galaxien aus unserem Sichtbereich entfernt haben wird: Die Kosmologen der fernen Zukunft werden auch dann noch die Grundparameter des Weltalls ermitteln können. Allerdings gewissermaßen um die Ecke herum: Die Bahnen von Hypervelocity-Sternen, die nach engen Vorbeiflügen am Zentrum der Milchstraße auf Fluchtgeschwindigkeit beschleunigt werden (und von denen auch in ferner Zukunft noch welche produziert werden dürften), verraten die Existenz der Dunklen Energie und erlauben die Vermessung der lokalen Massendichte – was genügt. Eine kuriose Rechenübung – bei der aber auch abfällt, dass zukünftige Teleskope Sterne in ein paar Mio. Lichtjahren Entfernung sehen können müssten, die sich schon heute als kosmologische Sonden eignen. (Loeb, Preprint 7., CfA Press Release 13., Centauri Dreams 14.4.2011)

Wir leben in einem flachen Universum mit Kosmologischer Konstante, lautet das Ergebnis auch der jüngsten gemeinsamen Analyse der besten zur Verfügung stehenden kosmischen Meßgrößen: 7-Jahres-Daten von WMAP, Supernova Legacy Survey mit 472 Supernovae des Typs Ia, neueste Hubble-Konstante von SH0ES (siehe ISAN 133-6) u.a. Die Massendichte des Kosmos liegt damit bei 27.0±0.1 Prozent des kritischen Werts. (Sullivan & al., Preprint 7.4.2011)

Ein Galaxienkandidat mit Rotverschiebung ~10 aus dem HUDF09 hat es bis in Nature geschafft

Das ist die Galaxie UDFj-39546284 aus dem 2009er Hubble Ultra Deep Field („Schon 12 …“): Für Spektren selbst mit den größten existierenden Teleskopen ist sie zu schwach, aber ihre photometrische Rotverschiebung – abgeschätzt aus der Helligkeit bzw. Abwesenheit auf Bildern verschiedener Wellenlängen – von 10.3 gilt als so gut abgesichert, dass das Paper über sie jetzt in Nature erscheinen darf. Aber wie man dem ‚paper trail‘ des Preprints entnehmen kann, hat es bis zu diesem kosmischen Ritterschlag über ein Jahr und 5 Versionen gedauert, und die erste Version von Ende 2009 enthielt noch drei Galaxienkandidaten mit z~10, die aber in der 4. Version vom August 2010 allesamt zweifelhaft geworden waren. Die Urfassung hatte schon damals einiges Aufsehen erregt, zumal es noch etliche weitere z~10-Kandidaten einer konkurrierenden Arbeitsgruppe gab.

Auf einer großen HUDF-Pressekonferenz im Januar 2010 waren dann überraschend Galaxien mit „nur“ 7 < z < 8.5 als Entfernungsrekorde gefeiert worden: Wie dieser Blogger erfuhr, hatten sich die beiden Gruppen vorher geeinigt, die kontroversen Objekte mit z~10 lieber außen vor zu lassen. Die andere Arbeit ist übrigens inzwischen – in der 3. Fassung – von einer Zeitschrift in der VR China angenommen worden und dort im September 2010 erschienen, ohne Nature-Glanz und mediale Begleitung. Nun darf man gespannt sein, wie es der z=10.3-Galaxie der anderen im Rampenlicht ergehen wird, nachdem sie gerade auf einer NASA-PK präsentiert wurde. Einen wichtigen Test hat sie jedenfalls schon bestanden: Das Spitzer Space Telescope sieht an dieser Stelle nichts, was bei einer staubreichen Galaxie mit geringerem z – einer Alternativ-Interpretation der Fotometrie – zu erwarten gewesen wäre.

Was z=10.3 eigentlich bedeutet, verrät der Cosmology Calculator: Wir sehen diese Galaxie zu einem Zeitpunkt, als der Kosmos nur 460 Mio. Jahre alt war, und ihr Licht ist 13.2 Mrd. Jahre unterwegs gewesen. Das sind zwar nur ~100 Mio. Jahre mehr als bei der bisher fernsten bekannten Galaxie mit z=8.555 (deren Rotverschiebung ein echtes Spektrum belegt), aber es ist doch ein wichtiger Schritt näher an den Urknall heran: Die Sternentstehungsrate ist in den 170 Mio. Jahren von damals bis z=8 um ungefähr einen Faktor 10 nach oben geschnellt. Und für die Erklärung der Reionisation des Alls reicht die resultierende Strahlung weiterhin nicht. Noch näher an den Urknall heran wird erst der infrarote Riesensatellit JWST schauen können, der auf der NASA-PK fortwährend beschworen wurde. NACHTRAG: Laut diesem Artikel ist die Galaxie ein vierter Kandidat, während sich die anderen 3 von 2009 alle als näher herausstellten. Und die Konkurrenten seien mit dieser hier auch einverstanden. NACHTRAG 2: Umgekehrt überzeugen aber deren Kandidaten den 1. Autor der anderen Gruppe weiterhin kaum – der aber auch die eigene z=10-Galaxie für „still not entirely secure“ hält (persönl. Mitt.).

Kosmologen lassen sich die Kalte Dunkle Materie nicht wegnehmen: Facetten einer Debatte

Vor einem Jahr wurde es hier schon einmal thematisiert: Gegen das in den vergangenen ~12 Jahren gewachsene Standard- oder Konkordanz-Modell der Kosmologie mit Dunkler Energie und Kalter Dunkler Materie als bei weitem dominanten Ingredienzien des Kosmos (daher auch die Kurzform LambdaCDM) stellen sich einige wenige Astrophysiker, die entweder ein grundsätzlich anderes Weltmodell vertreten oder im lokalen Universum so viele Probleme mit LambdaCDM sehen, dass sie dessen Erfolge im Rest des Kosmos für irrelevant halten. Ein Vertreter dieser Denkweise, Pavel Kroupa trat am 18. November bei einer öffentlichen Debatte an der Uni Bonn (oben) gegen Simon White an, der zunächst in einem rasanten Eröffnungsvortrag die Vorzüge von LambdaCDM preisen konnte: Egal wohin man im Kosmos schaut, immer passt nur dieses Weltmodell zu den Daten. Besonders krass ist dies bei den drei ersten akustischen Peaks des Powerspektrums der Kosmischen Hintergrundstrahlung vom WMAP-Satelliten, die massig nicht-baryonische Materie erzwingen. Aber auch das Strukturwachstum im sich entwickelnden Universum, die Massenprofile von Galaxienhaufen, die Halos von Galaxien: Immer passt’s. Fazit: Von 380’000 bis 13.7 Mrd. Jahren nach dem Urknall und auf Massenskalen von 10^7 bis 10^18 Sonnen gibt es „Beobachtungsbelege für eine unsichtbare Quelle von Schwerkraft“, die Kalte Dunkle Materie eben, bestehend aus bis jetzt noch hypothetischen WIMPs.

Die Kritik von Kroupa (Mitte) et al. bezieht sich weitgehend auf Probleme vom LambdaCDM in der lokalen Gruppe, was dank einer forschen Pressemitteilung eine Menge Echo in der Öffentlichkeit ausgelöst hat (z.B. hier, hier, hier und hier), während in Fachkreisen die Kritik beißend war (mehr, mehr und mehr). Auf der Skala von Galaxien mache LambdaCDM reihenweise falsche Voraussagen, während z.B. eine Modifikation der Newton’schen Schwerkraft im Sinne von MOND alles schön erklären könne. Beim großen Kosmos dagegen mußte Kroupa erhebliche Probleme eingestehen: Das Powerspektrum von WMAP kann z.B. nur erklärt werden, wenn man eine – nunmehr „Heiße“ – Dunkle Materie in Gestalt eines hypothetischen sterilen Neutrinos mit 11 eV Masse einführt. (Als einen von mehreren Sidekicks hatte Kroupa übrigens einen der Autoren eines ebenfalls kontroversen Papers mitgebracht, das kurzerhand die WMAP-Powerspektren für fragwürdig erklärt, was seinerzeit ein Bisschen Aufsehen erregt hatte, etwa hier, hier oder hier.) Und ob solch ein Kosmos so schön die heute beobachteten großskaligen Strukturen hervorbringen kann, ist schlicht nicht bekannt, weil die Rechnungen dazu noch komplizierter als LambdaCDM sind – und keiner da ist, sie zu machen, weil MOND-Anhänger angeblich nirgends Arbeit bekämen.

Nach den beiden Eröffnungsvorträgen à 25 Minuten plus 5 Minuten direkte Nachfragen konnte das durch einige Werbung angelockte Publikum im zum Bersten gefüllten Hörsaal (Panorama) der eigentlichen Debatte lauschen (von der es übrigens aufgezeichneten Live-Blog und eine darauf basierende Zusammenfassung gibt): Kroupa konstatierte, dass „wir nicht wissen, was die Realität ist“, uns aber von LambdaCDM verabschieden müssten, weil es im lokalen Universum nicht passt – da sei es schlicht egal, dass es im großen Kosmos funktioniert. White konterte, dass es genau umgekehrt sei: Dass man Details unserer besonders komplexen Nachbarschaft noch nicht erklären könne, sei nicht weiter tragisch. (Dass es da noch einiges nachzubessern gibt, sehen auch andere prominente Autoren – aber bitteschön auf dem Boden des anderswo so erfolgreichen Standardmodells.) Kroupa musste eingestehen, dass MOND genau so „exotisch“ wie LambdaCDM sei und ein davon regierter Kosmos gar „hässlicher“ – und schwerer zu berechnen. Auch dass man jenseits galaktischer Skalen doch ein spekulatives Teilchen (jenes 11-eV-Sterilneutrino) braucht, stört den einstigen Vorteil der Einfachheit, aber damals brauchte MOND auch nur die flachen Rotationskurven der Galaxien zu erklären.

Auf die Frage (dieses Bloggers), was für eine potenzielle Entdeckung der kommenden Jahre ihn zum Umschwenken zu LambdaCDM bewegen würde, antwortete Kroupa nicht, während umgekehrt White das Standardmodell sofort fallen lassen würde, wenn eine andere, einfachere Theorie die Entwicklung des Kosmos genau so gut erklären würde. Aber die sei nirgends zu erkennen. Sollte allerdings nicht bald ein passender WIMP-Kandidat nachgewiesen werden, dann sei das ein Problem. Kroupa fürchtet dagegen umgekehrt, dass genau ein solcher Kandidat gefunden und sogleich zu dem Dunkle-Materie-Teilchen erklärt würde: Das würfe die Astrophysik um 30 Jahre zurück. Da allerdings mischte sich sogar der Moderator ein: So naiv seien die Physiker nun auch wieder nicht. Fazit der zweistündigen Nachmittagsunterhaltung auf hohem Niveau: LamdaCDM steht immer noch exzellent da, aber die von den Kritikern aufgezeigten Probleme – über deren Schwere man sich in der kurzen Zeit dann doch keine eigene Meinung bilden konnte – sollten schon angegangen werden. NACHTRAG: Kroupas Slides sind verfügbar geworden. NACHTRAG 2: Inzwischen gibt’s die Präsentationen und die Debatte als Podcasts, auch eine Mini-Fassung und einen Vortrag von der AG-Tagung zur Standardkosmologie – und einen weiteren Blog-Beitrag, der die Sicht dieses Beobachters teilt.