Wie hat sich das Universum im Laufe der Zeit entwickelt? Eine neue Supercomputersimulation hat laut Wissenschaftlern das genaueste und detaillierteste große kosmologische Modell für die Entwicklung der großräumigen Struktur des Universums geliefert. Wird als Bolschoi-Simulation bezeichnet und bietet Physikern und Astronomen ein leistungsstarkes neues Werkzeug zum Verständnis kosmischer Geheimnisse wie Galaxienbildung, Dunkle Materie und Dunkle Energie.
Wenn die Simulation richtig ist, zeigt dies, dass das kosmologische Standardmodell ziemlich genau ist.
"Diese riesigen kosmologischen Simulationen sind unerlässlich, um die Ergebnisse laufender astronomischer Beobachtungen zu interpretieren und die neuen großen Untersuchungen des Universums zu planen, die dazu beitragen sollen, die Natur der mysteriösen dunklen Energie zu bestimmen", sagte Anatoly Klypin von der New Mexico State University. der den Computercode für die Simulation schrieb, die auf dem Supercomputer Pleiades im NASA Ames Research Center ausgeführt wurde.
Die Simulation verfolgt die Entwicklung der großräumigen Struktur des Universums, einschließlich der Entwicklung und Verteilung der Halos der dunklen Materie, in denen Galaxien verschmolzen und wuchsen. Erste Studien zeigen eine gute Übereinstimmung zwischen den Vorhersagen der Simulation und den Beobachtungen der Astronomen.
"In gewisser Hinsicht könnte man denken, dass die ersten Ergebnisse etwas langweilig sind, weil sie im Grunde zeigen, dass unser kosmologisches Standardmodell funktioniert", sagte Co-Leiter Joel Primack von der University of California in Santa Cruz. "Was aufregend ist, ist, dass wir jetzt diese hochpräzise Simulation haben, die die Grundlage für viele wichtige neue Studien in den kommenden Monaten und Jahren bilden wird."
Die Simulation basiert auf Daten der WMAP-Mission, die das Licht des Urknalls am gesamten Himmel abbildet. Ein Vergleich der Bolschoi-Vorhersagen mit Galaxienbeobachtungen aus dem Sloan Digital Sky Survey ergab eine sehr gute Übereinstimmung, sagte Primack.
Die Standarderklärung für die Entwicklung des Universums nach dem Urknall ist das Lambda Cold Dark Matter-Modell und die theoretische Grundlage für die Bolschoi-Simulation. Nach diesem Modell wirkte die Schwerkraft zunächst auf leichte Dichteschwankungen, die kurz nach dem Urknall auftraten, um die ersten Klumpen dunkler Materie zusammenzuziehen. Diese wuchsen durch die hierarchische Verschmelzung kleinerer Vorfahren zu immer größeren Klumpen. Obwohl die Natur der dunklen Materie ein Rätsel bleibt, macht sie etwa 82 Prozent der Materie im Universum aus. Infolgedessen wurde die Entwicklung der Struktur im Universum durch die Gravitationswechselwirkungen der Dunklen Materie vorangetrieben. Die gewöhnliche Materie, die Sterne und Planeten bildet, ist in die „Gravitationsquellen“ gefallen, die durch Klumpen dunkler Materie erzeugt werden, wodurch Galaxien in den Zentren der Halos der dunklen Materie entstehen.
Aus der Bolschoi-Simulation wurde eine Reihe von Arbeiten herausgegeben, darunter eine, die die Eigenschaften der Halos der dunklen Materie untersucht, und eine andere, die die Häufigkeit und Eigenschaften von Galaxien untersucht, die durch die Bolschoi-Simulation der dunklen Materie vorhergesagt wurden.
