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Ausschnitt aus der
Millennium-Simulation:
Aus winzigen Dichte-
schwankungen, die nur wenige
Hundert Millionen Jahre nach
dem Urknall vorhanden waren
(oben) entstanden nach über
13 Milliarden Jahren
komplexe Strukturen (unten).
(Bilder: Max-Planck-Institut
für Astrophysik)
Galaxienverteilung in der
Millennium-Simulation.
(Bild: Max-Planck-Institut
für Astrophysik) |
Die Geschichte von 20 Millionen Galaxien
Mit der bislang umfangreichsten kosmologischen
Simulation wollen Astrophysiker der Geschichte von Galaxien und Schwarzen
Löchern auf die Spur kommen.
Am Anfang war das Universum oberflächlich betrachtet enorm
langweilig: Aktuelle Messungen der Mikrowellenhintergrundstrahlung zeigen das
All in einem Alter von rund 400.000 Jahre nach dem Urknall und zu sehen ist im
Wesentlichen nichts. Die einzigen Strukturen zu dieser Zeit bestanden aus einer
sehr schwachen Kräuselung eines ansonsten gleichförmigen Sees aus Materie und
Strahlung. Doch aus diesen Kräuselungen, so die Ansicht der Astronomen, entstand
mit der Zeit alles was wir heute im All beobachten: Sterne, Galaxien,
Galaxienhaufen und Haufen von Galaxienhaufen.
Zehn Milliarden fiktive Teilchen
Doch es gibt eine Komplikation: Alles was wir heute sehen,
stellt gerade einmal fünf Prozent der Materie im Universum dar. Zu etwa 70
Prozent besteht unser Weltall nämlich aus so genannter "Dunkler Energie", einem
mysteriösen Kraftfeld, das für eine immer schnellere Expansion des Raums
verantwortlich ist. Für ein weiteres Viertel der Masse des Universums dürfte ein
neuartiges und bislang noch nicht nachgewiesenes Elementarteilchen
verantwortlich sein. Die Forscher fassen diesen Anteil als "Kalte Dunkle
Materie" zusammen. Bleiben also rund fünf Prozent für den "normalen" Rest.
Der Antwort auf die Frage, wie aus dieser komplexen
kosmologischen Mischung das wurde, was wir heute beobachten, wollte ein
internationales Team von Astronomen nun mit der bislang größten Simulation des
Universums ein wenig näher kommen. Die im Virgo-Konsortium zusammengeschlossenen
Wissenschaftler aus Deutschland, England, Kanada, Japan und den USA entwarfen
dazu die "Millennium-Simulation", die mit Hilfe von zehn Milliarden fiktiver
Teilchen die Entwicklung der Materieverteilung in einer würfelförmigen Region
des Universums mit einer Kantenlänge von mehr als zwei Milliarden Lichtjahren
nachbilden soll. Jedes dieser fiktiven Teilchen simuliert dabei eine Masse von
etwa einer Milliarde Sonnen. Die Berechnungen sind so komplex, dass sie den
leistungsfähigsten Supercomputer der Max-Planck-Gesellschaft in Garching für
mehr als einen Monat beschäftigten.
Helle Quasare im jungen Universum
Doch der Aufwand hat sich offenbar gelohnt: Mit der neuen
Simulation ist es den Astrophysikern möglich, die Entwicklungsgeschichte von
etwa 20 Millionen Galaxien zu rekonstruieren sowie die Entstehung der
supermassereichen Schwarzen Löcher. Diese leuchten gelegentlich als helle
Quasare im Zentrum von Galaxien auf und wurden beispielsweise mit Hilfe des
Sloan Digital Sky Survey (SDSS), eines der größten systematischen
Himmelserfassungen zum Studium von Galaxien, entdeckt. Die entfernten Quasare
dürften in ihren Zentren Schwarze Löcher mit einer Masse von mindestens einer
Milliarde Sonnenmassen beherbergen und das zu einer Zeit, als das Universum
weniger als ein Zehntel seines heutigen Alters hatte.
"Viele Astronomen bezweifelten, ob es möglich sei, dies mit
dem allmählichen Wachstum der kosmischen Strukturen im Standardmodell zu
vereinbaren", erläutert Volker Springel, der Leiter des Millennium-Projekts am
Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching bei München. "Als wir aber unser
Modell für die Entstehung von Galaxien und Quasaren anwandten, fanden wir, dass
sich einige wenige schwere Schwarze Löcher tatsächlich früh genug bildeten, um
diese seltenen Quasare erklären zu können. Ihre Muttergalaxien treten in unserer
Simulation bereits auf, als das Universum nur ein paar hundert Millionen Jahre
alt war. Heute sind sie zu den massereichsten Galaxien im Zentrum von großen
Galaxienhaufen geworden."
Und noch etwas zeigte die Simulation: In der heute
beobachtbaren Verteilung der Galaxien sollten immer noch die Strukturen der
anfänglichen winzigen Unregelmäßigkeiten in der Hintergrundstrahlung sichtbar
sein. Die interessantesten Anwendungen der Millennium-Simulation werden
allerdings erst noch kommen: "Neue Beobachtungsprogramme geben uns Informationen
von noch nie gekannter Genauigkeit über die Eigenschaften von Galaxien,
Schwarzen Löchern und der Großraumstruktur des Universums", so Simon White,
Direktor am Max-Planck-Institut für Astrophysik. Präzise Simulationen wie die
Millennium-Simulation seien daher unerlässlich, um kosmologische Theorien zu
überprüfen sowie Beobachtungen auszuwerten.
Erschienen bei: freenet.de am 28. Juni 2005 |
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