Simuliertes Bild, das die Verteilung der Materie im Universum zeigt. Bildnachweis: MPG. Klicken um zu vergrößern.
Das Virgo-Konsortium, eine internationale Gruppe von Astrophysikern aus Großbritannien, Deutschland, Japan, Kanada und den USA, hat heute (2. Juni) erste Ergebnisse der größten und realistischsten Simulation des Wachstums der kosmischen Struktur und der Bildung von Galaxien und Galaxien veröffentlicht Quasare. In einem in Nature veröffentlichten Artikel zeigt das Virgo Consortium, wie der Vergleich solcher simulierten Daten mit großen Beobachtungsstudien die physikalischen Prozesse aufdecken kann, die dem Aufbau realer Galaxien und Schwarzer Löcher zugrunde liegen.
Die „Millennium-Simulation“ verwendete mehr als 10 Milliarden Materieteilchen, um die Entwicklung der Materieverteilung in einer kubischen Region des Universums über 2 Milliarden Lichtjahre auf einer Seite zu verfolgen. Der Haupt-Supercomputer im Supercomputing-Zentrum der Max-Planck-Gesellschaft in Garching war mehr als einen Monat besetzt. Durch die Anwendung ausgefeilter Modellierungstechniken auf die gespeicherten 25 Terabyte (25 Millionen Megabyte) können Jungfrau-Wissenschaftler Evolutionsgeschichten für die ungefähr 20 Millionen Galaxien, die dieses enorme Volumen bevölkern, und für die supermassiven Schwarzen Löcher, die gelegentlich als Quasare in ihren Herzen angesehen werden, nachbilden .
Mikrowellenempfindliche Teleskope konnten das Universum direkt abbilden, als es erst 400.000 Jahre alt war. Die einzige Struktur zu dieser Zeit waren schwache Wellen in einem ansonsten gleichmäßigen Meer aus Materie und Strahlung. Die gravitationsbedingte Evolution verwandelte diese Wellen später in die enorm reiche Struktur, die wir heute sehen. Diesem Wachstum soll die Millennium-Simulation folgen, mit dem doppelten Ziel, zu überprüfen, ob dieses neue Paradigma für die kosmische Evolution tatsächlich mit dem übereinstimmt, was wir sehen, und die komplexe Physik zu erforschen, aus der Galaxien und ihre zentralen Schwarzen Löcher entstanden sind .
Jüngste Fortschritte in der Kosmologie zeigen, dass etwa 70 Prozent unseres Universums derzeit aus Dunkler Energie besteht, einem mysteriösen Kraftfeld, das dazu führt, dass es sich immer schneller ausdehnt. Ungefähr ein Viertel besteht anscheinend aus kalter Dunkler Materie, einer neuen Art von Elementarteilchen, die noch nicht direkt auf der Erde nachgewiesen wurden. Nur etwa 5 Prozent bestehen aus der uns bekannten gewöhnlichen Atommaterie, die größtenteils aus Wasserstoff und Helium besteht. Alle diese Komponenten werden in der Millennium-Simulation behandelt.
In ihrem Artikel über Natur verwenden die Jungfrau-Wissenschaftler die Millennium-Simulation, um das frühe Wachstum von Schwarzen Löchern zu untersuchen. Die Sloan Digital Sky Survey (SDSS) hat eine Reihe sehr weit entfernter und sehr heller Quasare entdeckt, die zu einer Zeit, als das Universum weniger als ein Zehntel seines gegenwärtigen Alters war, mindestens eine Milliarde Mal so massereich wie die Sonne zu sein scheinen.
„Viele Astronomen hielten es für unmöglich, dies mit dem durch das Standardbild vorhergesagten allmählichen Strukturwachstum in Einklang zu bringen“, sagt Dr. Volker Springel (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching), Leiter des Millennium-Projekts und Erstautor des Artikels Als wir unsere Modellierung der Galaxien- und Quasarbildung ausprobierten, stellten wir fest, dass sich einige massive Schwarze Löcher früh genug bilden, um diese sehr seltenen SDSS-Quasare zu erklären. Ihre Galaxienwirte tauchen erstmals in den Millennium-Daten auf, wenn das Universum nur wenige hundert Millionen Jahre alt ist, und bis heute sind sie die massereichsten Galaxien in den Zentren der größten Galaxienhaufen. “
Für Prof. Carlos Frenk (Institut für Computational Cosmology, Universität Durham), Leiter der Jungfrau in Großbritannien, ist der interessanteste Aspekt der vorläufigen Ergebnisse die Tatsache, dass die Millennium-Simulation zum ersten Mal zeigt, dass die charakteristischen Muster in die Materie eingeprägt sind Verteilung in frühen Epochen und direkt in den Mikrowellenkarten sichtbar, sollte noch vorhanden sein und in der beobachteten Verteilung von Galaxien nachweisbar sein. "Wenn wir die Baryonenbewegungen gut genug messen können", sagt Prof. Frenk, "dann werden sie uns einen Standardmessstab zur Verfügung stellen, um die Geometrie und Expansionsgeschichte des Universums zu charakterisieren und so etwas über die Natur der Dunklen Energie zu lernen."
"Diese Simulationen liefern atemberaubende Bilder und stellen einen bedeutenden Meilenstein in unserem Verständnis der Entstehung des frühen Universums dar." sagte der Geschäftsführer von PPARC, Prof. Richard Wade. "Die Millennium-Simulation ist ein hervorragendes Beispiel für die Wechselwirkung zwischen Theorie und Experiment in der Astronomie, da die neuesten Beobachtungen astronomischer Objekte verwendet werden können, um die Vorhersagen theoretischer Modelle der Geschichte des Universums zu testen."
Die interessantesten und weitreichendsten Anwendungen der Millenniumsimulation stehen laut Prof. Simon White (Max-Planck-Institut für Astrophysik), der die Jungfrau in Deutschland leitet, noch aus. "Neue Beobachtungskampagnen liefern uns Informationen von beispielloser Präzision über die Eigenschaften von Galaxien, Schwarzen Löchern und die großräumige Struktur unseres Universums", stellt er fest. „Unsere Fähigkeit, die Konsequenzen unserer Theorien vorherzusagen, muss ein genaues Maß an Präzision erreichen, wenn wir diese Umfragen effektiv nutzen wollen, um den Ursprung und die Natur unserer Welt kennenzulernen. Die Millennium Simulation ist hierfür ein einzigartiges Werkzeug. Unsere größte Herausforderung besteht nun darin, Astronomen überall ihre Macht zur Verfügung zu stellen, damit sie ihre eigenen Modelle für die Galaxien- und Quasarbildung einfügen können, um ihre eigenen Beobachtungserhebungen zu interpretieren. “
Originalquelle: PPARC-Pressemitteilung
