Aufwändige Simulation bildet einen Teil des Universums nach

Wissenschaftler vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) und ihre Kollegen vom Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS) haben einen neuen Simulationsansatz erfunden, der die Geburt und die Entwicklung tausender Galaxien über einen Zeitraum von Milliarden Jahren genau verfolgen kann. Jetzt ist es erstmals möglich, ein Universum von Grund auf zu konstruieren, das vor Galaxien überquellt, wie wir sie um uns herum beobachten.

„Wir haben die gesamte Vielfalt an Galaxien nachgebildet, die wir im lokalen Universum sehen“, sagte Mark Vogelsberger vom CfA. Unsere kosmische Nachbarschaft ist übersät mit majestätischen Spiralgalaxien wie der Andromeda-Galaxie, der Pinwheel-Galaxie oder der Whirlpool-Galaxie. Spiralen kommen häufig vor, aber vorherige Simulationen hatten Schwierigkeiten, sie nachzubilden. Stattdessen produzierten sie viele kleckshafte Galaxien, die zu Bällen zusammenklumpten – ohne die weiten Scheiben und ausgedehnten Arme einer typischen Spiralgalaxie.

Die neue Software namens Arepo löst dieses Problem. Arepo wurde von Volker Springel (HITS) entworfen und generiert eine vollentwickelte Simulation des Universums, wobei sie als Ausgangsdaten nur das beobachtete Nachglühen des Urknalls nimmt und sich 14 Milliarden Jahre vorwärts in der Zeit entwickelt. „Wir nahmen all die Vorteile bisheriger Codes und entfernten die Nachteile“, erklärte Springel.

„Unsere Simulationen übertreffen bisherige Simulationen, so wie das Giant Magellan Telescope jedes derzeit existierende Teleskop übertreffen wird“, sagte Debora Sijacki vom CfA. (Wenn es später in diesem Jahrzehnt fertiggestellt ist, wird die 24,5-Meter-Blende das Giant Magellan Telescope zum größten Teleskop der Welt machen.)

Einer von Arepos wichtigsten Vorteilen ist die Geometrie, die das Programm verwendet. Vorangegangene Simulationen teilten den Raum in eine Menge Kuben mit fester Größe und Form. Arepo verwendet ein Gitter, das sich im Raum beugt und bewegt, um den Bewegungen des zugrunde liegenden Gases, der Sterne, Dunkler Materie und Dunkler Energie zu entsprechen.

Die Simulationen liefen auf dem Odyssey Hochleistungs-Supercomputer, der insgesamt 1024 Prozessorkerne verwendet. Diese schnelle Maschine erlaubte den Wissenschaftlern, 14 Milliarden Jahre in nur ein paar Monate zu komprimieren – ein Unterfangen, das einen Desktop-Computer für mehrere hundert Jahre beschäftigt hätte. Die zukünftigen Ziele des Teams umfassen die Simulation deutlich größerer Volumina des Universums in beispielloser Auflösung, wodurch das umfangreichste und realistischste Modell des Universums entsteht, das jemals erstellt wurde.

Diese Animation simuliert neun Milliarden Jahre Entwicklungsgeschichte des Universums. (CfA / UCSD / HITS / M. Vogelsberger (CfA) & V. Springel (HITS))

Das Team besteht aus Mark Vogelsberger (CfA), Debora Sijacki (CfA), Dusan Keres (CfA / University of California in San Diego), Paul Torrey (CfA), Volker Springel (HITS) und Lars Hernquist (CfA). Ihre Arbeit wird in drei Abhandlungen beschrieben, die für die Veröffentlichung in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society akzeptiert wurden. Die Abhandlungen sind online verfügbar unter:
http://arxiv.org/abs/1109.1281
http://arxiv.org/abs/1109.3468
http://arxiv.org/abs/1109.4638

Das Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) hat sein Hauptquartier in Cambridge (Massachusetts) und ist eine Zusammenarbeit zwischen dem Smithsonian Astrophysical Observatory und dem Harvard College Observatory. Wissenschaftler aus sechs Abteilungen studieren hier den Ursprung, die Entwicklung und das letztendliche Schicksal des Universums.

Quelle: http://www.cfa.harvard.edu/news/2012/pr201223.html

(THK)