Illustris: Die bislang genaueste Simulation des Kosmos

Wissenschaftler haben ein Universum im Computer erschaffen, das unserem verblüffend ähnlich sieht. Mit dieser bislang genauesten Simulation wollen die Forscher die Entwicklung des Kosmos besser verstehen. Das Team um Mark Vogelsberger vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) stellt sein virtuelles Weltall im britischen Fachblatt „Nature“ vor.

Die Simulation zeigt die Entwicklung des Universums vom Urknall bis heute und reproduziert damit rund 13 Milliarden Jahre kosmische Geschichte. Die Modellrechnung namens Illustris erreicht dabei eine etwa zehnmal feinere räumliche Auflösung als frühere Simulationen. Nach und nach entsteht in ihr ein ganzer Zoo von Galaxien, wie er sich heute im echten Weltall tatsächlich beobachten lässt: Es gibt große und kleine, elliptische und spiralförmige Galaxien sowie irregulär geformte, die meist aus der Kollision zweier anderer Galaxien hervorgegangen sind.

Kaum Unterschiede zu Hubble

Erstmals ist es den Wissenschaftlern gelungen, sowohl den beobachteten Formenreichtum der Galaxien, als auch die ganz großräumige Verteilung der Materie im Weltall in einer gemeinsamen Modellrechnung zu reproduzieren. Das Gewimmel der unterschiedlichen Galaxien auf einer „Himmelsaufnahme“ des virtuellen Universums lässt sich kaum von der echten, bislang tiefsten Aufnahme unseres realen Weltalls mit dem „Hubble“-Weltraumteleskop unterscheiden, dem sogenannten „Hubble“ Ultra Deep Field„ (UDF).

“Die Ergebnisse von Illustris markieren einen Umbruch in theoretischen Studien der Galaxienentstehung", betonte Ko-Autor Professor Volker Springel vom Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS), der das verwendete Computerprogramm geschrieben hat. Die Simulation hat den Angaben zufolge mehrere Monate Rechenzeit auf 8000 Computer-Prozessoren verschlungen und einen 200 Terabyte großen Datensatz produziert - das entspricht dem Fassungsvermögen von rund 42.000 DVDs.

Dabei beschreibt die Modellrechnung genau genommen nur einen Ausschnitt des Universums. Der ist allerdings gigantisch: Die Forscher haben einen Würfel mit einer Kantenlänge von jeweils rund 350 Millionen Lichtjahren simuliert, den sie in insgesamt 12 Milliarden einzelne Zellen unterteilt haben. Ein Lichtjahr ist die Strecke, die das Licht in einem Jahr zurücklegt, und entspricht knapp zehn Billionen Kilometern.

Die Entstehungsgeschichte von rund 50.000 Galaxien lässt sich im virtuellen Kosmos im Detail studieren. Die Simulationsrechnung beginnt zwölf Millionen Jahre nach dem Urknall - in kosmischen Maßstäben ein Wimpernschlag. Sie berücksichtigt nicht nur die gegenseitige Schwerkraftwirkung der Materie, sondern beispielsweise auch eine Vielzahl anderer physikalischer Faktoren wie den Energieausstoß von Supernova-Explosionen und den Materienhunger Schwarzer Löcher.