SIMULATIONEN
Realistische Galaxien im Computer
von Stefan Deiters
astronews.com
5. Januar 2015

Astronomen haben jetzt die Resultate einer neuen Computersimulation zur Entwicklung von Galaxien vorgestellt. In dem Modell entstehen Systeme, die in Hinblick auf Masse, Größe und Alter tatsächlich den Galaxien gleichen, die wir auch in unserer Umgebung beobachten. Entscheidend bei der Simulation war die Berücksichtigung eines starken galaktischen Winds, der von den Galaxien ausgeht.

Ein Ausschnitt aus der Simulation des EAGLE-Projekts.  Bild: EAGLE Project Consortium

Die Simulation der Entwicklung von Galaxien ist alles andere als eine einfache Aufgabe: Zwar wird die zur Verfügung stehende Rechenleistung von Computern immer größer, doch sind die zu betrachtenden Systeme auch äußert komplex: So besteht eine Galaxie nicht nur aus Milliarden von Sternen, sondern beispielsweise auch aus Gas verschiedener Temperatur und natürlich aus Dunkler Materie. Hinzu kommt, dass Galaxien auch miteinander und mit ihrer Umgebung wechselwirken, was ihre Entwicklung zusätzlich beeinflusst.

Deswegen sind Wissenschaftler auch heute noch weit davon entfernt, Simulationen zur Entwicklung von Galaxien vorlegen zu können, die tatsächlich alle Aspekte berücksichtigen. Sie konzentrieren sich daher oft auf bestimmte Aspekte der Galaxienentwicklung und betrachten andere physikalische Phänomene eher allgemeiner.

Die Simulation der Entwicklung von Galaxien ist deshalb so wichtig, weil es kaum eine andere Möglichkeit gibt, die großräumigen Vorgänge in unserem Universum zu verstehen. Theoretische Modelle ermöglichen es erst, die vielen Momentaufnahmen, die man durch die Beobachtung von Galaxien in ganz unterschiedlichen Entfernungen - und damit zu ganz verschiedenen Zeiten - erhält, in einen Gesamtkontext einzuordnen.

Ein internationales Astronomenteam glaubt nun, bei der Simulation von Galaxien einen wichtigen Schritt vorangekommen zu sein. In der Simulation, die mehrere Monate an Rechenzeit auf Supercomputern in Paris und in Durham benötigte, entstanden Galaxien, die in Bezug auf Masse, Größe und Alter tatsächlich den Galaxien gleichen, die wir in unserer Umgebung beobachten. Die Ergebnisse könnten nun, so die Wissenschaftler, genutzt werden, um die Entwicklung von Galaxien von den Anfängen bis heute zu untersuchen.

In früheren Modellrechnungen seien die Galaxien oft zu massereich, zu klein oder zu kugelförmig gewesen, so die Forscher. In der Simulation ihres als Evolution and Assembly of GaLaxies and their Environments (EAGLE) bezeichneten Projekts hingegen, sind Systeme entstanden, die sehr viel mehr den Galaxien ähneln, die wir in unserer Umgebung beobachten. Der Grund dafür sei die Berücksichtigung starker galaktischer Winde, die Gas aus den Galaxien ins All blasen, das dadurch nicht mehr für die Entstehung neuer Sterne zur Verfügung steht.

Die EAGLE-Galaxien sind dadurch masseärmer und jünger, da weniger Sterne und diese auch erst später entstehen. In der EAGLE-Simulation sorgen die Sterne selbst, Supernova-Explosionen und supermassereiche Schwarze Löcher für die galaktischen Winde, die in dem Modell deutlich stärker sind als in früheren Simulationen.

Auch Größe und Form von Tausenden von Galaxien, die in der EAGLE-Simulation entstanden sind, ähneln dem, was Astronomen im Universum beobachten. "Das Universum, das vom Computer erzeugt wird, sieht ganz wie das richtige Universum aus", so Richard Bower von der Durham University. "Überall sind Galaxien in ganz unterschiedlichen Größen, Formen und Farben wie sie auch mit den größten Teleskopen auf der Erde zu sehen sind. Es ist einfach unglaublich. Und im EAGLE-Universum kann ich auf einen Knopf drücken und die Zeit rückwärts laufen lassen."

Die Astrononen wollen nun auf Grundlage der vorliegenden Daten die Entwicklung einzelner Galaxien im Detail untersuchen. "Das ist der Beginn einer neuen Ära für uns", freut sich Teammitglied Rob Crain von der Liverpool John Moores University. "Wir können nun die Bedingungen des Universums manipulieren und die Entwicklung der Galaxien über 14 Milliarden Jahre verfolgen."

Über ihre Simulation und die Ergebnisse berichten die Astronomen in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society erschienen ist.