NASA baut Mock Moon 'Roverscape' für Robot Driving Tests

Galaxien kommen in allen möglichen Formen und Größen vor, und eine gewaltige neue Simulation des Universums hat diese galaktische Vielfalt mit größerer Genauigkeit erfasst als jede Simulation davor, so eine neue Studie.

Mit Hilfe einer Simulation namens EAGLE (Evolution and Assembly of GaLaxies and Environments) haben Forscher mehrerer Institute in Europa eine schillernde Simulation des Universums mit Zehntausenden von Galaxien entwickelt. Für eine Simulation dieser Größe sagen die Forscher, dass sie die genaueste Darstellung von verfügbaren Galaxien ist. Andere Galaxiesimulationen erzeugen oft Galaxien, die sich von denen in der Natur unterscheiden - zu massiv, zu kugelförmig, zu klein und mit zu vielen alten Sternen, so eine Aussage der Universität Leiden in den Niederlanden.

"Das ist wirklich ein überwältigender Erfolg, ich denke, es ist fair zu sagen", sagte Rob Crain von der Liverpooler John Moores University und Mitglied der Gruppe, die EAGLE baute, gegenüber ProfoundSpace.org. Die Forscher sind Teil einer Kooperation namens Virgo Consortium für kosmologische Supercomputer Simulationen. "Gehen Sie zu unserer vorherigen Generation von Simulationen, und die Galaxien sehen alle wie große kugelförmige Blobs aus. Jetzt bilden sie Scheiben und Balken und unregelmäßige Galaxien und verschiedene Arten von Ellipsen." [Wie Computer das Universum simulieren (Infografik)]

Eine Computersimulation ist wie ein Rezept für das Universum. Wissenschaftler müssen mit einer Liste von Inhaltsstoffen und Anweisungen beginnen - was eigentlich eine Beschreibung der Physik bedeutet, die dem gegenwärtigen Universum zugrunde liegt. Während viele Simulationen die kosmischen Hauptbestandteile (wie Sterne und Galaxien) nachbilden können, sind die Feinheiten schwerer zu erreichen (wie die Form, Masse und Verteilung dieser Sterne und Galaxien).

Ein Beispiel der neuen Simulation ist im obigen Video zu sehen. Es zeigt die Entwicklung des Universums in einer Region von 25 Megaparsec (ca. 81 Millionen Lichtjahre). Die untere rechte Ecke des Bildschirms zeigt die Zeit nach dem Urknall (gekennzeichnet mit "t"). Im frühen Universum ist die Materie zerstreut und trübe, aber sie verschmilzt allmählich zu einer Art Netz mit langen Materialsträngen, die Knoten verbinden, in denen Galaxien geclustert sind. Um 1:06 Uhr beginnt die Simulation wieder von vorne und zeigt die drei Hauptkomponenten des Modells: Dunkle Materie (als CDM bezeichnet), Gas (die roten Globs sind Gaswolken, in denen oft Sterne geboren werden) und Sterne. Die vollständige EAGLE-Simulation enthält einen Bereich von 100 Megaparsec.

EAGLE ist nicht die größte Universumsimulation der Welt. Größere Simulationen haben jedoch meist keine ausreichend hohe Auflösung, um die Details einzelner Galaxien zu erkennen. Das Hinzufügen von Volumen und Auflösung wird zeit- und kostenintensiv, und die vollständige Simulation von EAGLE dauerte laut den Forschern viele Monate auf einem der leistungsfähigsten wissenschaftlichen Supercomputer in Europa.

Ein Ziel der EAGLE-Gruppe war es, eine Simulation zu erstellen, die groß genug ist, um alle Arten von Galaxien im Universum zu enthalten. Dadurch können die Forscher herausfinden, ob die in EAGLE programmierte Physik für alle Galaxien genau ist und ob sie die korrekte Anzahl von Galaxien im Universum erzeugen.

"Es gab sehr erfolgreiche Simulationen, die auf eine Region zoomen, die zur Zeit eine einzige Galaxie enthält", sagte Joop Schaye von der Universität Leiden und leitender Wissenschaftler bei EAGLE, teilte Profoundspace.org in einer E-Mail mit. "Diese Art von Simulationen sind jedoch schwer mit Beobachtungen zu vergleichen. Die virtuelle Galaxie mag am Ende wie unsere Milchstraße aussehen, aber wer sagt, dass sie sollte? Vielleicht hätte sie eine elliptische Galaxie werden sollen!"

Mit Tausenden von zu untersuchenden Galaxien sagen die Forscher, dass sie mehr darüber lernen können, wie die Umwelt die galaktische Entwicklung beeinflusst, denn die Galaxien in verschiedenen Regionen können sich je nach dem unterscheiden, was in ihrer lokalen Nachbarschaft passiert. [8 Verblüffende Astronomie-Geheimnisse]

Die Forscher sagen, sie haben bereits eine Vorstellung davon, was die Galaxien in ihrer Simulation mehr wie in der Natur aussehen lässt: galaktischen Wind. Diese kosmischen Stürme entstehen durch explosive Ereignisse wie Supernova und Black Hole Ejections. Diese Explosionen sind im Simulationsvideo ab ca. 0:10 zu sehen. Sie werden größer und häufiger als die Zeit vergeht.

Staube deine Spiralarme ab und mäste deine Beule - es ist Zeit, deine innere Galaxie anzuzapfen, um deine Intelligenz über die Milchstraße zu testen. Unser Zuhause im Weltraum ist ein merkwürdiger und wundersamer Ort, den Wissenschaftler immer noch versuchen herauszufinden. Sehen Sie, was Sie wissen!Genauso wie starke Winde auf der Erde den oberen Boden entfernen und den Anbau von Feldfrüchten erschweren können, sind galaktische Winde stark genug, um Gaswolken zu zerstreuen oder auszudünnen, wo sonst junge Sterne sprießen würden. Crain sagt, dass dies die Bildung von Sternen in einer sich neu bildenden Galaxie erheblich verlangsamen oder sogar stoppen kann. Andere Simulationen umfassten galaktische Winde, aber laut einer Aussage sind die galaktischen Winde in der EAGLE-Simulation "stärker als in früheren Simulationen". Die Ergebnisse von EAGLE legen nahe, dass die Winde letztendlich für die Unvollkommenheiten in natürlichen Galaxien verantwortlich sind, verglichen mit denen, die in vielen Simulationen beobachtet wurden.

Schaye sagte, dass das Bild des Universums, das durch die EAGLE-Simulation geschaffen wurde, "nicht perfekt ist, aber für Astronomen ist das Maß an Übereinstimmung sehr beeindruckend. Es scheint, dass wir die wichtigsten Zutaten an Ort und Stelle haben."

Nun können die Forscher, wie auch andere Wissenschaftler, die Simulation von EAGLE genauer betrachten, um zu sehen, wo es gelungen ist, die Natur zu replizieren und wo sie versagt hat.

"Es ist eine sehr aufregende Zeit", sagte Crain. "Wir müssen nachsehen, was mit der Simulation nicht stimmt. Und damit werden wir sehen, was wir über das Universum nicht verstehen."

Die neue Forschung erschien in einer aktuellen Ausgabe der Monatsberichte der Royal Astronomical Society.