Wenn es etwas gibt, das man vom Universum wirklich sicher weiß, dann dass es scheinbar unendlich groß ist. Vor diesem Hintergrund scheint es nahezu unmöglich zu sein, es in seiner Gesamtheit abbilden zu wollen. Das hat aber eine Gruppe Forscher und Forscherinnen nicht daran gehindert, es zu versuchen – und dabei auch noch erfolgreich zu sein.
Universum: 13,7 Milliarden Jahre simuliert
Das internationale Team, das aus Teilnehmer:innen aus Helsinki und dem Vereinigten Königreich besteht, nahm sich zahlreiche Supercomputer zu Hilfe. Gemeinsam haben sie die präziseste Simulation des Universums erstellt, die je existiert hat. Dabei haben sie für ihre Studie auch die gesamte Entwicklungsgeschichte des Alls dargestellt – vom Urknall bis heute. Einen winzig kleinen Ausschnitt davon findest du hier.
Die Simulation hört auf den Titel „SIBELIUS-DARK“ und ist Teil des Projektes „Simulations Beyond the Local Universe“ („SIBELIUS“). Sie deckt 600 Millionen Lichtjahre von der Erde gesehen ab und 13,7 Milliarden Jahre der Evolution des Weltalls. 130 Milliarden „Partikel“ werden darin dargestellt. Mehrere tausend Computer arbeiteten wochenlang gleichzeitig daran, um die dafür benötigten immensen Datenmengen zu produzieren. Die finale Simulation selbst stellt nun die „DiRAC COSmology MAchine“ („COSMA“) dar.
Auch spannend: Die Urknalltheorie könnte widerlegt worden sein. Denn allem Anschein könnte ein Stern älter als das Universum selbst sein.
Dunkle Materie im Fokus
Das Team hat anschließend sein virtuelles Universum mit einer Reihe von tatsächlichen Beobachtungen genau verglichen. Dabei fanden sie heraus, dass unser Fleck im All etwas ungewöhnlich sein könnte. Die Simulation hat nämlich eine geringere durchschnittliche Galaxiedichte vorhergesagt, aufgrund einer lokalen und dort wiederum großen „Unterdichte“ an Materie. Diese Erkenntnis wird zwar das gängige Modell innerhalb der Kosmologie nicht ins Wanken bringen. Dennoch könnte es Konsequenzen für die Interpretation von neuen Galaxie-Beobachtungen haben.
Die Forscher:innen haben für die Computerdarstellung relevante Physik-Gleichungen benutzt. Mit ihrer Hilfe beschreiben sie zusätzlich die Entwicklung von Dunkler Materie und kosmischem Gas während der Geschichte des Alls. Dunkle Materie existiert an sich derzeit nur hypothetisch, wird aber als unabdingbar gesehen. Sie soll einen Großteil aller Materie im All ausmachen.
Außerdem kamen Algorithmen zum Einsatz, die unseren Bereich im All – die Erde und weitere bekannte Sternenbilder wie Jungfrau oder Perseus – reproduziert haben. Im Mittelpunkt der Darstellung stehen aber die Milchstraße und die Andromedagalaxie.
„Cold Dark Matter“-Modell auf dem Prüfstand
„Die Simulation zeigt die Folgen der Gesetze der Physik auf Dunkle Materie und kosmisches Gas während der 13,7 Milliarden Jahre, die unser Universum existiert“, so Professor Carlos Frenk von der Durham Universität. Seiner Ansicht nach liefere die Simulation starke Unterstützung für das gängige „Cold Dark Matter“-Modell in der Kosmologie. Mit diesem Modell kann die Forschung viele astronomische Informationen erklären: von der übriggebliebenen Hitze des Urknalls und ihrer Eigenschaften bis hin zur Anzahl von Galaxien, die wir um uns beobachten, und ihrer räumlichen Verteilung. „Wir sind auf dem richtigen Weg, die Evolution des gesamten Universums zu verstehen“, so Frenk.
Das Forschungsteam will seine Simulation weiter analysieren und hofft, dabei das „Cold Dark Matter“-Modell weiter auf seine Tauglichkeit hin zu überprüfen. Ein großer Schritt ist aber bereits getan. „Dieses Projekt liefert eine Brücke zwischen Dekaden der Theorie und astronomischen Beobachtungen“, so Dr. Stuart McAlpine von der Universität Helsinki.
Es bleibt also spannend, was die Wissenschaft noch so alles herausfindet. Weitere rätselhafte Flugobjekte im Universum könnten sicher auch noch irgendwo wieder auftauchen.
Quelle: „SIBELIUS-DARK: a galaxy catalogue of the Local Volume from a constrained realisation simulation“ (2022, Royal Astronomical Society)
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