Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

40 000 Universen - Forschern am Max-Planck-Institut für Astrophysik gelingt bisher detailgenaueste Kartografierung des Kosmos

27.11.2009
Parallelwelten gehören eher ins Reich der Fiktion. Aber selbst seriöse Wissenschaftler beschäftigen sich mit dem Multiversum - wenngleich in einem etwas anderen Wortsinn.

So haben Forscher aus dem Max-Planck-Institut für Astrophysik dank eines neuen Computeralgorithmus die bisher detailgetreueste Kartografierung des sichtbaren Universums vorgenommen - und das gleich in 40 000 Versionen.


Das Weltall in 3-D: Ansicht (blau) und Querschnitte (rot) der über die 40000 möglichen Universen gemittelten, dreidimensionalen kosmischen Karte. MPI für Astrophysik

Jede davon zeigt ein mögliches Universum, passend zu den bekannten Galaxien. Diese 40.000 Karten vereinen unser momentanes Wissen über die beobachteten kosmischen Strukturen. Und ihre Unterschiede zeigen, wie unbekannte Regionen des Alls aussehen könnten. (Preprints arXiv:0911.2498 und arXiv:0911.2496).

Die endlosen Weiten des Universums sind erfüllt von Galaxien, deren Milliarden Jahre altes Licht wir heute in unseren Teleskopen beobachten. Dabei finden wird die fernen Milchstraßensysteme nicht beliebig im All verteilt, sondern sie zeichnen die Konturen eines gigantischen kosmischen Geflechts nach. Dieses Netz besteht aus mysteriöser unsichtbarer dunkler Materie und hat sich über die Äonen aus dem Zusammenspiel vieler physikalischer Phänomene gebildet.

Der Ursprung dieser Struktur liegt in den mikroskopischen Quantenfluktuationen, die während der ersten Sekundenbruchteile des Universums auftraten und formte sich in den folgenden fast 14 Milliarden Jahren unter dem wesentlichen Einfluss der Gravitation. Eine exakte Vermessung und Kartografierung gewährt daher Einblick in die Frühphasen des Weltalls kurz nach seiner Geburt, als der Raum noch mit Strahlung und heißem Plasma erfüllt war und es weder Sterne noch Galaxien gab. Zudem liefern Analysen dieser Struktur Aufschluss über die Eigenschaften der Materie, über Gravitation und Galaxienbildung sowie über geometrische Eigenschaften von Raum und Zeit.

Anders als Seefahrer und Entdecker vergangener Zeiten können Astronomen die "Landkarte" des Universums nicht selbst "erfahren", sondern nur mit Teleskopen aus der Ferne erarbeiten. Dabei stören Ungenauigkeiten die Messung. Insbesondere lassen sich lichtschwache Galaxien mit zunehmendem Abstand immer schlechter aufspüren: Die Information über die kosmische Struktur verschwindet bei großen Abständen im Nebel der Ungewissheit - das Netzwerk erscheint unscharf und lässt sich nur noch erahnen.

Eine wissenschaftlich gehaltvolle Karte des Weltalls muss daher neben der Darstellung der kosmischen Struktur auch noch Aussagen über deren "Glaubwürdigkeit" machen. Hierbei wird die Glaubwürdigkeit - gemäß dem Mathematiker Thomas Bayes (1702 bis 1761) - mittels einer Wahrscheinlichkeit quantifiziert, die ausdrückt, wie gut wir das kosmische Netz erkennen können.

Die Erstellung derartiger Karten bedarf der Durchmusterung von extrem hochdimensionalen Räumen und war bisher ein nicht zu bewältigendes Rechenproblem. Am Max-Planck-Institut für Astrophysik hat nun Jens Jasche den auf der Bayesischen Statistik basierenden Computeralgorithmus HADES (HAmiltonian Density Estimation and Sampling) entwickelt, der es erlaubt, die dreidimensionalen kosmischen Strukturen zu analysieren und zu bewerten.

HADES liefert nicht nur eine einzige Karte des Universums, sondern gleich einen Satz unterschiedlicher Karten, die alle im Mittel die gleichen durch die Beobachtungsdaten aufgezeigten Strukturen zeigen, sich aber in ihren sonstigen Details unterscheiden. Jede dieser Karten zeigt ein mögliches Universum, das mit den Daten kompatibel ist. Strukturen, die in allen Karten vorkommen, sind daher glaubwürdiger als Strukturen, die sich nur in wenigen Karten finden. Der Kartensatz liefert also die Information über die Vertrauenswürdigkeit aller kartografierten Strukturen und erlaubt eine vernünftige wissenschaftliche Analyse.

Basierend auf dieser Methode hat ein internationales Team von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Astrophysik in Garching bei München und der Scuola Normale Superiore di Pisa in Italien aus den Galaxiendaten des Sloan Digital Sky Surveys die bisher detailgetreueste Abbildung unserer kosmischen Umgebung ermittelt. Die Analyse der Daten umfasst ein würfelförmiges Gebiet mit einer Seitenlänge von mehr als 2,1 Milliarden Lichtjahren und spiegelt das kosmische Geflecht in überraschender Qualität wieder. Dieses besteht, wie von Simulationen vorhergesagt, aus vielen filamentartigen Strukturen und großen leeren Regionen.

Insgesamt erzeugten die Forscher 40 000 solcher möglichen Universen und erhielten drei Terabyte an Daten, mittels derer sie die Glaubwürdigkeit der erkannten Strukturen bewerten und präzise Vertrauensgrenzen bestimmen können. Das gewonnene kosmische Kartenmaterial erlaubt nun weitergehende Analysen der Galaxien- und Strukturentstehung sowie die Vorhersage vieler physikalischer Effekte, die mittels der Mission des Satelliten Planck oder dem Radiointerferometer LOFAR gemessen und bestätigt werden können.

Zukünftige Beobachtungen der Galaxienverteilung werden noch weitaus größere und detailliertere kosmische Karten ermöglichen. Dann steht auch das Forscherteam am Max-Planck-Institut bereit, die Grenzen des bekannten Universums weiter in die Tiefen des Raumes zu verschieben.

Originalveröffentlichung:

J. Jasche, F.S. Kitaura, C. Li, T.A. Enßlin
Bayesian non-linear large scale structure inference of the Sloan Digital Sky Survey data release 7

arXiv:0911.2498

J. Jasche, F.S. Kitaura
Fast Hamiltonian sampling
arXiv:0911.2496
Weitere Informationen erhalten Sie von:
Jens Jasche
Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching
Tel.: +49 89 30000-2190
E-Mail: jjasche@mpa-garching.mpg.de
Dr. Torsten Enßlin
Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching
Tel.: +49 89 30000-2243
E-Mail: ensslin@mpa-garching.mpg.de

Barbara Abrell | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpa-garching.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Topologische Isolatoren: Neuer Phasenübergang entdeckt
17.10.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Vorhersagen bestätigt: Schwere Elemente bei Neutronensternverschmelzungen nachgewiesen
17.10.2017 | GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mobilität 4.0: Konferenz an der Jacobs University

18.10.2017 | Veranstaltungen

Smart MES 2017: die Fertigung der Zukunft

18.10.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

18.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Biokunststoffe könnten auch in Traktoren die Richtung angeben

18.10.2017 | Messenachrichten

»ILIGHTS«-Studie gestartet: Licht soll Wohlbefinden von Schichtarbeitern verbessern

18.10.2017 | Energie und Elektrotechnik