Galaxien: Ein Superhaufen namens Laniakea

astronews.com Redaktion

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Bislang nahmen Astronomen an, dass die Milchstraße und die anderen Galaxien der Lokalen Gruppe zu einer Struktur gehören, die als lokaler Superhaufen bekannt ist. Eine neue Studie ergab jetzt, dass auch dieser Superhaufen nur Teil einer deutlich größeren Ansammlung von rund 100.000 Galaxien ist: Die Milchstraße gehört zum galaktischen Superhaufen Laniakea. (9. September 2014)

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TomS

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Trifft das Standardmodell der Kosmologie eine Aussage darüber, wie die Inhomogenitäten sich hin zu noch größeren Längenskalen verhalten? D.h. z.B. Längenskalen zufällig verteilt, skaleninvariant, ...?
 

Bernhard

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@Tom: Welches Standardmodell meinst Du denn? Denn im LCDM-Modell werden Inhomogenitäten doch gar nicht berücksichtigt ?
 

TomS

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@Tom: Welches Standardmodell meinst Du denn? Denn im LCDM-Modell werden Inhomogenitäten doch gar nicht berücksichtigt ?
Ich hätte nicht Standardmodell schreiben sollen ;-)

Doch, du kannst im LCDM schon Inhomogenitäten und Anisotropien (auch im CMB) berücksichtigen. Ja, es geht mir um LCDM oder ein verwandtes Modell.
 

Dgoe

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Der Name bedeutet in der Sprache der polynesischen Ureinwohner auf Hawaii "immenser Himmel".
Hallo,

hier nur eine kleine Info, weitere Details zum Namen:
Laniakea, das ist ein Strand in Hawaii, der weniger poetisch auch Turtle Beach heißt. Das Wort kommt aus dem Hawaiianischen: „Lani“ heißt Himmel, „akea“ heißt unermesslich, riesig.
Quelle

Gruß,
Dgoe

P.S.:
@Tom/Bernhard:
wenn ich die Antwort gewusst hätte, dann hätte ich sie natürlich hier hin geschrieben.
 
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Bernhard

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wenn ich die Antwort gewusst hätte, dann hätte ich sie natürlich hier hin geschrieben.
Die neuen experimentellen Daten, über die der Artikel berichtet, bestätigen mMn recht gut die Milleniumssimulation. Demnach haben die Inhomogenitäten so etwas wie eine fraktale Baumstruktur - "und erinnern damit auch etwas an Nervengewebe - Grins".
 
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Dgoe

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Ich habe auch mal eine Frage, die ich eigentlich weniger konkret in einem anderen Thread schon gestellt hatte, leider ohne Resonanz. Nun würde ich gerne selber nachrechnen und denke, dass es zur Veranschaulichung gut hierher passt.

In welcher Entfernung wirkt eine Testmasse von 20 Milliarden Sonnenmassen auf eine zweite kleine Testmasse mit der Kraft von 1 Newton ein (2. und 3. noch mit 1/10 und 1/100 N)?
Die zweite Testmasse sei so gering gewählt, dass ihr eigener Gravitationsbeitrag zu vernachlässigen ist. Wie schwer sie dabei ist, dürfte doch keine Rolle spielen, nicht wahr?

Könnt ihr mir mit dem korrekten Ansatz dabei helfen, bzw. ist die Frage überhaupt in Ordnung?

Gruß,
Dgoe
 

ralfkannenberg

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Ich habe auch mal eine Frage, die ich eigentlich weniger konkret in einem anderen Thread schon gestellt hatte, leider ohne Resonanz. Nun würde ich gerne selber nachrechnen und denke, dass es zur Veranschaulichung gut hierher passt.

In welcher Entfernung wirkt eine Testmasse von 20 Milliarden Sonnenmassen auf eine zweite kleine Testmasse mit der Kraft von 1 Newton ein (2. und 3. noch mit 1/10 und 1/100 N)?

Hallo Dgoe,

wie wäre es denn mit dem Gravitationsgesetz ?

Die zweite Testmasse sei so gering gewählt, dass ihr eigener Gravitationsbeitrag zu vernachlässigen ist. Wie schwer sie dabei ist, dürfte doch keine Rolle spielen, nicht wahr?
Hm, irgendwie verstehe ich diese Gleichung so, dass unter Beibehaltung aller anderen Parameter die Testmasse linear in den Betrag der Kraft eingeht.

Wenn Du an einem Gummiband einen Stein um Dich herumschleuderst und Du nimmst einen doppelt so schweren Stein, so "zieht" der doppelt so schwere Stein ja auch mit einer doppelt so grossen Kraft an Deinem Arm.

Und bei diesen Beispielen sehe ich auch nicht, wo Du irgendwie relativistisch rechnen müsstest, da die beiden Massen sehr weit voneinander entfernt sind und sich die Massen auch nicht annähernd mit beinahe Lichtgeschwindigkeit zueinander bewegen.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Dgoe

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Hallo Ralf,

ja, die wäre mir auch als erstes eingefallen, aber dort ist die Masse der zweiten kleineren Testmasse scheinbar auch relevant.
Wenn Du an einem Gummiband einen Stein um Dich herumschleuderst und Du nimmst einen doppelt so schweren Stein, so "zieht" der doppelt so schwere Stein ja auch mit einer doppelt so grossen Kraft an Deinem Arm.
Aber wie schwer ein Stein auch immer ist, er fällt gleich schnell zu Boden (von Reibungsunterschieden abgesehen).

Ich gebe zu, dass mein Verständnis prinzipiell noch etwas hinkt, wenn ich mir das recht überlege.

Gruß,
Dgoe
 

Bernhard

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Hallo Dgoe,

Du könntest bei diesem Beispiel die Beschleunigung vorgeben. Die ist nämlich unabhängig von dem Gewicht der Testmasse und mit Newton auch sehr leicht zu berechnen.
 

Dgoe

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Hallo Bernhard,

gute Idee! Dann müsste man die Frage nur etwas anders stellen, fürchte ich.
Ansonsten könnte man ja zum Beispiel einmal 1 kg und zum Vergleich 1 Sonnenmasse für die zweite Testmasse einsetzen.

Mir ging es bei der Fragestellung darum, Beispiele zu wählen, die noch irgendwie bekannte oder anschauliche Größen repräsentieren, gleichzeitig eine möglichst große Entfernung dabei erzielt wird. Um sich einmal einen Begriff davon machen zu können eben.

20 Milliarden Sonnenmassen als eine der kompaktesten bekannten Masse-Formen (Supermassives Schwarzes Loch vom oberen Ende), alternativ einmal die Masse einer mittleren Galaxie (ist aber schon zu groß für die Vorstellung, finde ich). Wie weit unsere Sonne noch ein Äquivalent zu haptisch spürbaren Einfluss hat, wäre auch interessant.

Am anderen Ende meinetwegen ein Kilogramm, ein Pfund oder ein Gramm, etwas das man sehr gut kennt. Zum Vergleich mal eine Sonnenmasse, wie gesagt, wer kennt schon nicht die Sonne?

Dazu eine Kraft, die man kennt, in Newton passenderweise. Also wissenswert wäre noch wie stark (in Newton) kann ein durchschnittlich gebauter Mensch etwas anschieben, oder wieviel Kraft hat ein Fingerschnipp, braucht das Heben einer Tasse Kaffee ...

Heraus kommen wissenswerte Entfernungen, jedenfalls bin ich neugierig.

Ich hätte wohl doch einen eigenen Thread dafür erstellen sollen, aber vielleicht kann man mal nur ein Beispiel angehen, dann stelle ich den Rest in einem eigenen Thread zusammen.
An dieser Stelle möchte ich auch allgemein daran erinnern, dass Du und Tom oben sehr interessante Fragen gestellt haben, die ich nicht verdrängen wollte.

Gruß,
Dgoe
 
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Bernhard

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Hallo Dgoe,

das wäre eine (sehr) leichte Übungsaufgabe: Berechne die Beschleunigung auf einen Testkörper, von einer Materieansammlung mit einer Masse M = 20 Milliarden Sonnenmassen in einer Entfernung von d = ... Lichtjahren mit Hilfe der Formel a = G * M / d² in m/s². Die Masse des Testkörpers ist bei einer entsprechend großen Entfernung völlig egal (Raumfahrer, Sonne, usw.).
 
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Dgoe

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Danke Bernhard,

ich stelle dann dazu einen Link zu einem eigenen Thread hier ein, sobald ich soweit bin (heute wohl nicht mehr). Da bin ich mal gespannt ...

Gruß,
Dgoe
 

ralfkannenberg

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ja, die wäre mir auch als erstes eingefallen, aber dort ist die Masse der zweiten kleineren Testmasse scheinbar auch relevant.
Hallo Dgoe,

nicht nur scheinbar, sondern sogar anscheinend.

Aber wie schwer ein Stein auch immer ist, er fällt gleich schnell zu Boden
Na ja, wenn Dein "Stein" hundert mal so schwer wie die Erde ist dann wird er nicht "zu Boden fallen", sondern die Erde nach oben anheben ;)

Sehr gut übrigens, dass Du die Reibung in diesem Zusammenhang erwähnt hast !! Das löst die Aufgabe zwar nicht, aber das Vernachlässigen der Reibung ist eine ganz wesentliche Voraussetzung.

Was ich sagen will: das Phänomen, was Du hier ansprichst, ist nicht die Kraft, sondern eine andere physikalische Grösse; Bernhard hat da mit der (Erd-)Beschleunigung schon einen Tipp gegeben.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

TomS

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Die neuen experimentellen Daten, über die der Artikel berichtet, bestätigen mMn recht gut die Milleniumssimulation. Demnach haben die Inhomogenitäten so etwas wie eine fraktale Baumstruktur
genau; meine Frage ist, ob diese beliebig skaliert oder nicht; und warum
 

Dgoe

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genau; meine Frage ist, ob diese beliebig skaliert oder nicht; und warum
Hallo Tom,

ich wage mal eine Antwort. Sofern alles innerhalb der nennenswerten Reichweiten verbunden ist - runter bis zum Kleinsten und rauf bis zum Größten, dann hat auch Laniakea interaktiven Kontakt zu seinen Nachbarn und auf noch subtileren Skalen lassen sich sicherlich noch größere Strukturen erkennen und vielleicht immer so weiter, je kleiner man Abweichungen messen kann.

Ob das nun dem kosmologischen Prinzip widerspricht?

Wenn das Weltall groß genug ist, dann sind die messbaren Unterschiede spätestens ab den Planckgrößen verriegelt, so dass danach alles schön homogen und isotrop sein könnte. Muss aber nicht - nur weil man nicht messen kann.

Was das Messen betrifft gibt es ja schon viele Einschränkungen und was die Größe betrifft gibt es ja noch die ganzen Horizonte. Dennoch meine ich nicht, dass irgendetwas dagegen spricht, dass diese Baumstrukturen beliebig skalieren könnten, sogar müssten, zumindest wenn das All endlich ist, innerhalb dieser Grenzen. Bei unendlich sag ich mal 'nicht definiert'.

Bei einer Grafik müsste die Druckerschwärze von der jeweiligen einen Seite abnehmen, jedoch kommt sie von der anderen Seite gleichermaßen hinzu, so dass die Linien sich nicht auflösen.

Gruß,
Dgoe
 
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mac

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Hallo Dgoe,

ja, die wäre mir auch als erstes eingefallen, aber dort ist die Masse der zweiten kleineren Testmasse scheinbar auch relevant.
ist Dein ‚scheinbar‘ einem Misstrauen gegenüber den kepplerschen Gleichungen geschuldet? Denn welchen Einfluss beide Massen (M1 und M2) dabei haben, geht doch eigentlich unmissverständlich aus den Gleichungen hervor.

Wenn man bei einer kreisförmigen Umlaufbahn um die Sonne die Umlaufzeit der Erde und die Umlaufzeit eines 1 kg schweren Steines miteinander vergleicht, dann braucht der Stein ca. 47 Sekunden länger für einen Umlauf.

Ob ein Unterschied 1,5 ppm für Deinen Wunsch nach ‚haptischem‘ Vergleich wirklich relevant ist, kannst selbstverständlich nur Du selber entscheiden.

Du hattest auch den Wunsch geäußert, das in N zu erfahren (wegen der Haptik). Ich bin mir bei der Art Deiner Fragestellung nicht ganz sicher, ob Dir das ‚Wesen‘ der Gravitationsgesetze wirklich klar ist, weil Du andererseits ganz richtig schreibst, daß unterschiedlich schwere Objekte im selben Gravitationfeld sinngemäß gleich stark beschleunigt werden.

Vielleicht hilft Dir das Folgende, vielleicht weißt Du es schon, ohne es verinnerlicht zu haben, vielleicht ziehe ich aber einfach nur falsche Schlüsse aus den etwas unklaren Fragestellungen von Dir.

Ein Gravitationsfeld beschleunigt jede Masse gleich stark. Diese Tatsache wird nur durch das Gravitationsfeld das die zu beschleunigende Masse selber produziert zusätzlich beeinflusst.

Einfacher: Auf jedes Proton-Elektronenpaar eines Objektes wirkt im selben Gravitationsfeld exakt dieselbe Kraft und zwar individuell. Also auf zwei Protonen/Elektronen Paare wirkt zusammen die doppelte Kraft wie auf ein einziges solches Paar. Auf die ‚Waage‘ gelegt, sind sie somit auch doppelt so schwer, üben also die doppelte Gewichtskraft, Newton eben, aus.

Daher bedingt Deine Frage nach ‚wieviel Newton‘ zwingend die Information ‚auf welche Masse bezogen‘ und Bernhard hatte daher völlig zu recht die Vereinfachung auf Beschleunigung vorgeschlagen.

Es gibt im Deutschen Museum in München ein sehr schönes Experiment mit einer 5 Tonnen schweren Bleikugel als Gravitationsquelle und einer kleinen ‚Erbse‘ am langen Faden aufgehängt - vor Luftbewegung geschützt in einem Plexiglasrohr - das die Gravitationswirkung der Bleikugel veranschaulicht.

Um auf Deine Frage zur Haptik einzugehen:
Die Sonne zieht z.B. einen 1 kg 'schweren' Stein in der Erdumlaufbahn mit einer Kraft von knapp 0,006 N an. Um nun den gleichen Einfluss wie die Sonne auf diesen Stein auszuüben müßten Deine 20 Milliarden Sonnen
Wurzel(20E9) * 1 Astronomische Einheit
also gut 2,2 Lichtjahre
weit weg sein.

Herzliche Grüße

MAC

Zum Nachrechnen:
http://de.wikipedia.org/wiki/Satellitenorbit#Umlaufzeit
http://de.wikipedia.org/wiki/Newtonsches_Gravitationsgesetz#Mathematische_Formulierung
http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnensystem
http://de.wikipedia.org/wiki/Lichtgeschwindigkeit
http://de.wikipedia.org/wiki/Gravitationskonstante
1 Jahr habe ich mit 365,25 Tagen verwendet.
Für die AE habe ich 149,6 Millionen km verwendet.
 
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ralfkannenberg

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ich wage mal eine Antwort. Sofern alles innerhalb der nennenswerten Reichweiten verbunden ist - runter bis zum Kleinsten und rauf bis zum Größten, dann hat auch Laniakea interaktiven Kontakt zu seinen Nachbarn und auf noch subtileren Skalen lassen sich sicherlich noch größere Strukturen erkennen und vielleicht immer so weiter, je kleiner man Abweichungen messen kann.

Ob das nun dem kosmologischen Prinzip widerspricht?
Hallo Dgoe,

wenn ich den Artikel richtig verstanden habe, so hat dieser Laniakea-Superhaufen "nur" einen Durchmesser von ~500 Millionen Lichtjahren. Auf solchen Skalen sind meines Wissens die Phänomene der Dunklen Energie noch nicht nachweisbar.

Zudem kennt man grössere Strukturen, beispielsweise die Quasar-Gruppen, die achtmal grösser sind, also 4 Milliarden Lichtjahre. Das ist dann immerhin ein Drittel des Durchmessers des "Hubble-Universums".


Freundliche Grüsse, Ralf
 

mac

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Hallo Tom,

Deine Frage ist auch in einem ganz elementaren Sinne sehr interessant!

Wie allgemein bekannt: Warum dehnt sich das Universum aus, warum hat es damit überhaupt angefangen, wieso ist es auf großen Skalen so homogen, und warum hat es sich, zumindest in seiner Anfangszeit exakt so schnell ausgedehnt, daß es seiner eigenen Gravitation unglaublich exakt und präzise schritthaltend ‚davongelaufen‘ ist?

Dieser Präzision könnte ein Zufall zugrunde liegen, sie könnte aber selbst durch eine Eigenschaft des Universums, einer Wechselwirkung zwischen Raum und Masse (Gravitation), geschuldet sein. Das wiederum würde bedeuten, daß es diese Wechselwirkung nicht von Anfang an, zumindest nicht vor der Zeit der Inflation gegeben haben kann.

Ist das wirklich so? Oder könnte diese Eigenschaft (wenn sie existiert) auch auf lokalerer Ebene (also innerhalb des jeweils aktuellen, lokalen Horizontes) dazu führen, daß es zu einer homogeneren Massenverteilung durch lokal unterschiedlich schnelle Expansion (auch und gerade ohne Wechselwirkung mit Gebieten jenseits der jeweils lokalen Horizonte) führt? Das Fehlen der magnetischen Monopole steht dem wohl entgegen? Auf jeden Fall, oder nur bei speziellen Startbedingungen (Energiedichte)?

Die ‚Wellenlängen‘ der Hintergrundstrahlung könnten da vielleicht einige Ideen eingrenzen?

Sowas auch nur numerisch zu rechnen, übersteigt aber ziemlich sicher meine Fähigkeiten und meine Zeit zurzeit sowieso. Ich hab‘ ja auch schon länger vor, zumindest die Expansion mal nachzurechnen, wenn sich der Raum so verhalten würde, wie von mir oben beschrieben, was numerisch auch nicht besonders anspruchsvoll ist, aber ich schaffe es einfach nicht genügend Zeit am Stück zu finden.

Herzliche Grüße

MAC
 

Dgoe

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Es gibt im Deutschen Museum in München ein sehr schönes Experiment mit einer 5 Tonnen schweren Bleikugel als Gravitationsquelle und einer kleinen ‚Erbse‘ am langen Faden aufgehängt - vor Luftbewegung geschützt in einem Plexiglasrohr - das die Gravitationswirkung der Bleikugel veranschaulicht.
Hallo Mac,

vielen Dank, das war tatsächlich sehr hilfreich und interessant, wird mich beschäftigen. Kurz nur zu dem Zitat eine Frage, wie stark hängt die Erbse denn schief, wie sehr weicht der Faden von der Vertikalen ab, ungefähr oder geschätzt? Ich nehme an, so dass es optisch sofort zu erkennen ist, richtig? Leider finde ich über Google keine Fotos, trotz verschiedener Suchbegriffkombinationen.
Weißt Du wie groß die Kugel ist (könnte man ja auch ausrechnen :rolleyes:), oder ungefähr, geschätzt? Auch interessant wäre noch wie hoch der Faden hängt, wie schwer die Erbse ist?


Zudem kennt man grössere Strukturen, beispielsweise die Quasar-Gruppen, die achtmal grösser sind, also 4 Milliarden Lichtjahre.
Hallo Ralf,
enorm, davon höre ich zum ersten Mal. Quasare in Gruppen? Gleich mal googeln...
Danke für den Hinweis.

Viele Grüße,
Dgoe
 
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