Gigantische Simulation des Kosmos

374 Milliarden Teilchen enthält die bislang umfangreichste Computersimulation des Universums. Die von einem amerikanisch-koreanischen Forscherteam online veröffentlichten Ergebnisse der Rechnungen decken zwei Drittel des beobachtbaren Kosmos ab erlauben den bislang detailreichsten Einblick in die Entstehung von großräumigen Strukturen wie Galaxien und Galaxienhaufen. Die Simulationen haben den koreanischen Supercomputer "Tachyonii"  20 Tage lang beansprucht.

Vor 13,7 Milliarden Jahren ist das Universum aus einem extrem heißen und dichten Urzustand entstanden, dem so genannten Urknall. Mit den größten Teleskopen können die Astronomen heute etwa 13 Milliarden Lichtjahre weit schauen - zurück in eine Zeit, als das Universum gerade 700 Millionen Jahre alt war. Schon damals gab es, so zeigen die Beobachtungen, Galaxien und Galaxienhaufen. Wie aber sind diese Strukturen entstanden? Und welche Rolle spielten dabei die Dunkle Materie und die Dunkle Energie, die mit etwa 95 Prozent den Masse-Energie-Gehalt des Kosmos dominieren?

Diese Fragen lassen sich derzeit nur mit Simulationen im Computer beantworten. Die Wissenschaftler untersuchen dabei die Bewegung einer möglichst großen Zahl möglichst kleiner Testteilchen in einem sich ausdehnenden Raum. Juhan Kim vom Korea Institute for Advanced Study in Seoul und seine Kollegen präsentieren jetzt eine neue Rekord-Simulation. Die Testteilchen bei diesen Rechnungen haben eine Masse von "nur" 100 Milliarden Sonnenmassen. Das klingt viel, ist aber im kosmologischen Rahmen eine erstaunlich feine Auflösung. Große Galaxien wie unsere Milchstraße enthalten bis zu mehreren Billionen Sonnenmassen.

Die Astronomen können die Ergebnisse dieser Simulation nun virtuell beobachten und die Ergebnisse solcher Durchmusterungen mit realen Beobachtungen vergleichen. Zunächst muss gezeigt werden, dass die Simulation tatsächlich die Eigenschaften des beobachtbaren Kosmos reproduziert. Dann können die Forscher tiefer in das simulierte Universum eindringen und die Entstehung der Galaxien und Galaxienhaufen "beobachten". Auf diesem Weg können die Wissenschaftler Erkenntnisse über den jungen Kosmos gewinnen, die vielleicht erst in Jahrzehnten mit der nächsten Generation von Großteleskopen auch der realen Beobachtung zugänglich werden.

Quelle: arxiv.org/abs/1112.1754