Gesimuleerde afbeelding die de verspreiding van materie in het heelal laat zien. Afbeelding tegoed: MPG. Klik om te vergroten.
Het Virgo-consortium, een internationale groep astrofysici uit het VK, Duitsland, Japan, Canada en de VS, heeft vandaag (2 juni) de eerste resultaten vrijgegeven van de grootste en meest realistische simulatie ooit van de groei van de kosmische structuur en de vorming van sterrenstelsels en quasars. In een paper gepubliceerd in Nature laat het Virgo Consortium zien hoe het vergelijken van dergelijke gesimuleerde gegevens met grote observationele onderzoeken de fysieke processen kan onthullen die ten grondslag liggen aan de opbouw van echte sterrenstelsels en zwarte gaten.
De "Millennium-simulatie" gebruikte meer dan 10 miljard deeltjes materie om de evolutie van de materieverdeling in een kubusvormig gebied van het heelal gedurende meer dan 2 miljard lichtjaar aan een zijde te volgen. Het hield de belangrijkste supercomputer in het Supercomputing Center van de Max Planck Society in Garching, Duitsland, langer dan een maand bezet. Door geavanceerde modelleringstechnieken toe te passen op de 25 Terabytes (25 miljoen Megabytes) aan opgeslagen output, zijn Maagdwetenschappers in staat om evolutionaire geschiedenissen na te bootsen voor de ongeveer 20 miljoen sterrenstelsels die dit enorme volume bevolken en voor de superzware zwarte gaten die af en toe als quasars in hun hart worden gezien .
Telescopen die gevoelig zijn voor microgolven hebben het heelal direct kunnen afbeelden toen het nog maar 400.000 jaar oud was. De enige structuur in die tijd was zwakke rimpelingen in een verder uniforme zee van materie en straling. Door zwaartekracht gedreven evolutie veranderde deze rimpelingen later in de enorm rijke structuur die we tegenwoordig zien. Het is deze groei die de millenniumsimulatie moet volgen, met als tweeledige doelen om te controleren of dit nieuwe paradigma voor kosmische evolutie inderdaad consistent is met wat we zien, en om de complexe fysica te onderzoeken die aanleiding heeft gegeven tot sterrenstelsels en hun centrale zwarte gaten .
Recente ontwikkelingen in de kosmologie tonen aan dat ongeveer 70 procent van ons heelal momenteel bestaat uit donkere energie, een mysterieus krachtveld waardoor het steeds sneller uitdijt. Ongeveer een kwart bestaat blijkbaar uit Cold Dark Matter, een nieuw soort elementair deeltje dat nog niet direct op aarde is gedetecteerd. Slechts ongeveer 5 procent is gemaakt van de gewone atomaire materie waarmee we bekend zijn, het grootste deel bestaat uit waterstof en helium. Al deze componenten worden behandeld in de Millennium Simulatie.
In hun Nature-artikel gebruiken de Maagd-wetenschappers de Millennium-simulatie om de vroege groei van zwarte gaten te bestuderen. De Sloan Digital Sky Survey (SDSS) heeft een aantal zeer verre en zeer heldere quasars ontdekt die zwarte gaten lijken te bevatten die minstens een miljard keer zo zwaar zijn als de zon in een tijd dat het heelal nog geen tiende van zijn huidige leeftijd was.
"Veel astronomen dachten dat dit onmogelijk te rijmen was met de geleidelijke groei van de structuur zoals voorspeld door het standaardbeeld", zegt dr. Volker Springel (Max Planck Instituut voor Astrofysica, Garching), de leider van het Millenniumproject en de eerste auteur van het artikel, "Toch , toen we onze modellen voor de vorming van sterrenstelsels en quasars probeerden, ontdekten we dat een paar enorme zwarte gaten zich vroeg genoeg vormen om rekening te houden met deze zeer zeldzame SDSS-quasars. Hun sterrenstelsels van sterrenstelsels verschijnen voor het eerst in de millenniumgegevens wanneer het heelal nog maar een paar honderd miljoen jaar oud is, en tegen de dag van vandaag zijn ze de meest massieve sterrenstelsels geworden in de centra van de grootste sterrenstelselclusters. '
Voor Prof Carlos Frenk (Institute for Computational Cosmology, University of Durham), hoofd van Maagd in het VK, is het meest interessante aspect van de voorlopige resultaten het feit dat de Millennium Simulatie voor het eerst aantoont dat de karakteristieke patronen op de materie zijn ingeprent distributie in vroege tijdperken en direct zichtbaar in de microgolfkaarten, moet nog steeds aanwezig zijn en detecteerbaar zijn in de waargenomen distributie van sterrenstelsels. "Als we het baryon goed kunnen wiebelen", zegt prof.Frenk, "zullen ze ons een standaard meetlat geven om de geometrie en de uitbreidingsgeschiedenis van het universum te karakteriseren en zo meer te weten te komen over de aard van de donkere energie."
"Deze simulaties leveren verbluffende beelden op en vertegenwoordigen een belangrijke mijlpaal in ons begrip van hoe het vroege heelal vorm kreeg." zei PPARC's Chief Executive, Prof Richard Wade. "De Millennium-simulatie is een schitterend voorbeeld van de interactie tussen theorie en experiment in de astronomie, aangezien de nieuwste waarnemingen van astronomische objecten kunnen worden gebruikt om de voorspellingen van theoretische modellen van de geschiedenis van het heelal te testen."
De meest interessante en verreikende toepassingen van de Millennium Simulatie moeten nog komen volgens prof. Simon White (Max Planck Instituut voor Astrofysica), die de Maagd-inspanningen in Duitsland leidt. "Nieuwe observatiecampagnes verschaffen ons informatie van ongekende precisie over de eigenschappen van sterrenstelsels, zwarte gaten en de grootschalige structuur van ons heelal", merkt hij op. “Ons vermogen om de gevolgen van onze theorieën te voorspellen, moet een passend nauwkeurigheidsniveau bereiken als we deze onderzoeken effectief willen gebruiken om meer te weten te komen over de oorsprong en de aard van onze wereld. De Millennium Simulatie is hiervoor een uniek hulpmiddel. Onze grootste uitdaging is nu om de kracht ervan overal ter beschikking te stellen aan astronomen, zodat ze hun eigen modellen voor de vorming van sterrenstelsels en quasars kunnen invoegen om hun eigen observatieonderzoeken te interpreteren. ”
Oorspronkelijke bron: PPARC-persbericht
