Hoe is het universum in de loop van de tijd geëvolueerd? Een nieuwe supercomputersimulatie heeft opgeleverd wat volgens wetenschappers het meest nauwkeurige en gedetailleerde grote kosmologische model is van de evolutie van de grootschalige structuur van het heelal. Riep de Bolshoi-simulatie, en het geeft natuurkundigen en astronomen een krachtig nieuw hulpmiddel voor het begrijpen van kosmische mysteries zoals de vorming van sterrenstelsels, donkere materie en donkere energie.
Als de simulatie klopt, laat het zien dat het standaard kosmologische model redelijk precies is.
"Deze enorme kosmologische simulaties zijn essentieel voor het interpreteren van de resultaten van voortdurende astronomische waarnemingen en voor het plannen van de nieuwe grote onderzoeken van het universum die naar verwachting de aard van de mysterieuze donkere energie zullen helpen bepalen", zegt Anatoly Klypin van de New Mexico State University, die de computercode schreef voor de simulatie, die werd uitgevoerd op de Pleiades-supercomputer in NASA Ames Research Center.
De simulatie volgt de evolutie van de grootschalige structuur van het universum, inclusief de evolutie en distributie van de donkere materie-halo's waarin sterrenstelsels samensmelten en groeiden. Eerste studies tonen een goede overeenkomst aan tussen de voorspellingen van de simulatie en de observaties van astronomen.
"In zekere zin zou je kunnen denken dat de eerste resultaten een beetje saai zijn, omdat ze in feite aantonen dat ons standaard kosmologische model werkt", zegt co-leider Joel Primack van de University of California, Santa Cruz. "Wat opwindend is, is dat we nu over deze uiterst nauwkeurige simulatie beschikken die de basis zal vormen voor veel belangrijke nieuwe onderzoeken in de komende maanden en jaren."
De simulatie is gebaseerd op gegevens van de WMAP-missie die het licht van de oerknal in de hele hemel in kaart heeft gebracht. Een vergelijking van de Bolshoi-voorspellingen met waarnemingen van sterrenstelsels uit de Sloan Digital Sky Survey toonde een zeer goede overeenstemming aan, zei Primack.
De standaard verklaring voor hoe het universum evolueerde na de oerknal staat bekend als het Lambda Cold Dark Matter-model, en het is de theoretische basis voor de Bolshoi-simulatie. Volgens dit model werkte de zwaartekracht aanvankelijk op kleine dichtheidsschommelingen die kort na de oerknal aanwezig waren om de eerste bosjes donkere materie samen te trekken. Deze groeiden uit tot grotere en grotere bosjes door de hiërarchische samenvoeging van kleinere voorlopers. Hoewel de aard van donkere materie een mysterie blijft, is het goed voor ongeveer 82 procent van de materie in het universum. Dientengevolge wordt de evolutie van de structuur in het universum aangedreven door de zwaartekrachtsinteracties van donkere materie. De gewone materie die sterren en planeten vormt, is in de 'zwaartekrachtbronnen' gevallen die zijn gecreëerd door klonten donkere materie, waardoor sterrenstelsels ontstaan in de centra van halo's van donkere materie.
Uit de Bolshoi-simulatie is een reeks documenten verschenen, waaronder een die de kenmerken van de halo's voor donkere materie bekijkt en een andere die kijkt naar de overvloed en eigenschappen van sterrenstelsels die zijn voorspeld door de Bolshoi-simulatie van donkere materie.
