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Simulation: Milchstraße im Computer erzeugt

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Während die Originale im Lauf von vielen hundert Millionen Jahren entstanden, brauchten Forscher um Javiera Guedes von der ETH Zürich nur neun Monate für ihren virtuellen Nachbau einer Spiralgalaxie wie der Milchstraße. Ihr Modell spricht dafür, dass sich Galaxien in einem Gerüst aus Dunkler Materie bilden und entwickeln.

Die simulierte Galaxie besitze ein nahezu gerades Band aus hellen Sternen, von dem die Spiralarme ausgehen, und zeige auch andere typische Merkmale der Milchstraße, berichten die Wissenschaftler. So stimmen das Helligkeitsprofil, das Verhältnis von dichtem Zentralbereich und Scheibengröße sowie die Anzahl der Sterne mit Beobachtungen der Galaxis und anderen Spiralgalaxien überein. Die Ergebnisse unterstützen eine These, nach der die Entwicklung von Strukturen im Universum durch die Gravitationswirkung der so genannten kalten Dunklen Materie vorangetrieben wurde. Kalt, weil sie aus Partikeln bestehen soll, die sich vergleichsweise langsam bewegen – mit nur einem Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit.

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Simulierte Milchstraße | Dieses Bild stammt aus der Computersimulation und zeigt die Milchstraße so, wie sie sich außen stehenden Beobachtern präsentieren würde. Regionen, in denen kürzlich Sterne entstanden, sind blau eingefärbt; Gebiete mit alten Sternen sind hier rot dargestellt.
Dieser Theorie zufolge wies das frühe Universum zunächst nur geringe Dichteschwankungen auf, die durch den Einfluss der Dunklen Materie immer weiter anwuchsen. In den massereichen Klumpen sammelte sich letztlich auch die gewöhnliche Materie – aus der Sterne, Planeten und wir bestehen – an. Die ersten Sterne konnten entstehen und schließlich die ersten Galaxien. Diese Prozesse lassen sich bereits sehr gut im Computer nachspielen, allerdings erzeugen sie bisher keine realitätsgetreuen Spiralgalaxien, so die Forscher.

Eine verbesserte Simulation der Sternentstehung war der Schlüssel zum Erfolg, sagt Koautor Piero Madau von der University of California in Santa Cruz. Zunächst simulierte auch sein Team das Gerüst aus Dunkler Materie mit niedriger Auflösung. Dann wählten sie einen Materieklumpen aus, der sowohl in Masse als auch in seiner Vorgeschichte geeignet erschien, eine Milchstraße hervorzubringen. Anschließend wiederholten sie die Simulation, allerdings nur in der ausgesuchten Region und in viel höherer Auflösung.

"Die Simulation verfolgte die Wechselwirkungen von mehr als 60 Millionen Teilchen der Dunklen Materie sowie von gewöhnlichem Gas", berichtet Guedes. Das sei die bisher höchste Auflösung einer kosmologischen Simulation. Ihr Modell würde erstmals auch die dichten Gaswolken auflösen, in denen Sterne entstehen. Zudem ließen sich darin durch Sternexplosionen induzierte Gasströme ausmachen, die Materie aus der Galaxie befördern. Beides führe zu einer realistischeren Verteilung der Gestirne in der virtuellen Galaxie. (mp)
35. KW 2011

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 35. KW 2011

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