Astronomie
Eine Milchstraße aus dem Computer

Die Entstehung von Galaxien wie unsere Milchstraße zieht sich üblicherweise über hunderte Millionen Jahre hin. Mithilfe mehrerer Supercomputer haben Schweizer Forscher diesen Prozess jetzt in neun Monaten bewältigt.
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DüsseldorfNeun Monate Rechenzeit benötigten Wissenschaftler der ETH Zürich und der University of California, um einen der komplexesten kosmologischen Vorgänge im Computer zu simulieren. Dank des Einsatzes mehrerer Supercomputer, darunter dem Nasa-Großrechner „Pleiades“, gelang es den Wissenschaftlern um Javiera Guedes erstmals, die Entstehung einer Spiralgalaxie im Rechner nachzuzeichnen – ein Galaxientyp, zu dem unter anderem auch unsere Milchstraße gehört.

Spiralgalaxien verdanken ihren Namen der Tatsache, dass sich ein Teil ihrer sichtbaren Materie – Staub, Gas und Sterne – in spiralförmig strukturierten Armen um einen Zentralbereich, Bulge genannt, anordnet. Anders als der Bulge, der überwiegend aus älteren Sternen besteht, finden sich in den Spiralarmen viele junge, leuchtkräftige Sonnen, deren blaues Licht den Armen ihre charakteristische Farbe verleiht. Umgeben ist die Spiralstruktur, so das gängige Modell zum Galaxienaufbau, von einem Halo aus Dunkler Materie – eine Materieform, die sich direkter Beobachtung entzieht und nur durch den Einfluss ihrer Schwerkraft auf sichtbares Material nachgewiesen werden kann.

Klumpen von Dunkelmaterie

Gerade diese exotische Materie spielt in den Modellen zur Entstehung der ersten Galaxien im Universum eine besondere Rolle. Demnach wäre es der Gravitationswirkung von kalter Dunkelmaterie zuzuschreiben, dass sich im noch jungen Universum Materieverdichtungen bildeten, aus denen später die ersten Galaxien hervorgingen. Alle Versuche, dieses Erklärungsmodell durch Computersimulationen zu bestätigen, waren bislang allerdings gescheitert.

Erst dank des geballten Einsatzes moderner Supercomputer-Technik – allein am „Pleiades“-Computer kam das Team auf insgesamt 1,4 Millionen Prozessor-Stunden –  gelang jetzt der Durchbruch. „Es war schon ein wenig riskant, so viel Supercomputer-Zeit auf die Simulation einer einzigen Galaxie zu verwenden“, so Piero Madau von der University of California, einer der an dem Projekt beteiligten Wissenschaftler.

Die Simulation bestätigt im Wesentlichen das klassische Entstehungsmodell. Demnach bildeten sich relativ kurz nach dem Urknall zunächst Klumpen von Dunkelmaterie, die mit ihrer Schwerkraft immer mehr Material – auch sichtbares – an sich zogen. Aus diesen Verdichtungen gingen dann die ersten Sterne hervor, schließlich die ersten Galaxien.

„Unsere Simulation verfolgt die Wechselwirkung von mehr als 60 Millionen Partikeln von Dunkelmaterie sowie von normalem Gas“, so Studienleiterin Javiera Guedes. „Damit erreichen wir die höchste Auflösung, die es jemals bei einer kosmischen Simulation gegeben hat.“ So konnten die Forscher erstmals auch bestimmte Prozesse der Sternentwicklung innerhalb der Galaxie nachzeichnen, an denen bisherige Simulationen gescheitert waren.

Thomas Trösch
Thomas Trösch
Handelsblatt / Redakteur Wissenschaft + Technik

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