{"id":21230,"date":"2018-02-01T01:00:24","date_gmt":"2018-02-01T00:00:24","guid":{"rendered":"http:\/\/www.h-its.org\/?p=21230"},"modified":"2019-06-11T15:26:07","modified_gmt":"2019-06-11T13:26:07","slug":"illustristng_de","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.h-its.org\/de\/2018\/02\/01\/illustristng_de\/","title":{"rendered":"Wie schwarze L\u00f6cher den Kosmos formen"},"content":{"rendered":"\n

Astrophysiker aus Heidelberg, Garching und den USA haben neue Erkenntnisse zur Entstehung und Entwicklung von Galaxien erzielt. Sie berechneten den Einfluss schwarzer L\u00f6cher auf die Verteilung der Dunklen Materie, die Produktion und Verbreitung schwerer Elemente im Kosmos und den Ursprung der Magnetfelder. Dazu programmierten sie ein neues Simulationsmodell f\u00fcr das Universum und erstellten die bisher umfangreichsten<\/strong> Simulationen dieser Art.<\/strong> Erste Ergebnisse des \u201eIllustrisTNG\u201c Projekts wurden jetzt in drei Artikeln in der Fachzeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society<\/em> ver\u00f6ffentlicht. Sie sollen helfen, fundamentale Fragen der Kosmologie zu kl\u00e4ren.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Im Zentrum jeder Galaxie sitzt ein supermassereiches schwarzes Loch. Wie diese Schwerkraftfallen die gro\u00dfr\u00e4umige Struktur unseres Universums beeinflussen, zeigt jetzt ein neues Computersimulationsmodell. Beteiligt daran sind Forscher des Heidelberger Instituts f\u00fcr Theoretische Studien (HITS) sowie der Universit\u00e4t Heidelberg, der Max-Planck-Institute f\u00fcr Astronomie (MPIA, Heidelberg) und f\u00fcr Astrophysik (MPA, Garching), der US-Universit\u00e4ten Harvard und MIT, sowie dem Center for Computational Astrophysics in New York. Das Projekt \u201eIllustris \u2013 The Next Generation\u201c (IllustrisTNG) ist die bislang vollst\u00e4ndigste Simulation dieser Art. Mithilfe grundlegender physikalischer Gesetzm\u00e4\u00dfigkeiten zeigt sie, wie sich unser Kosmos seit dem Urknall entwickelt hat. Einige der physikalischen Prozesse, die dabei eine Rolle spielen, wurden in IllustrisTNG \u00fcberhaupt erstmals in eine derart umfangreiche Simulation einbezogen.<\/p>\n\n\n\n

Ein realistisches Universum aus dem Computer<\/h2>\n\n\n\n
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Prof. Volker Springel (Photo: HITS)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Das von IllustrisTNG vorausgesagte kosmische Netz aus Gas und Dunkler Materie beherbergt an seinen Kreuzungspunkten Galaxien, die gut zur Gestalt und Gr\u00f6\u00dfe echter Galaxien passen. Zum ersten Mal konnte mit hydrodynamischen Simulationen auch das Verteilungsmuster der Galaxien im Raum detailliert berechnet werden. Vergleiche mit Beobachtungsdaten \u2013 inklusive neuester, umfangreicher Durchmusterungen \u2013 zeigen, wie realistisch die Ergebnisse der Simulationen sind. Au\u00dferdem sagen die Simulationen voraus, wie sich das kosmische Netz im Laufe der Zeit ver\u00e4ndert, insbesondere im Verh\u00e4ltnis zum darunter liegenden \u201eR\u00fcckgrat\u201c des Kosmos aus Dunkler Materie. \u201eEs ist besonders faszinierend, dass wir den Einfluss supermassereicher schwarzer L\u00f6cher auf die Verteilung Dunkler Materie auf gro\u00dfen Skalen genau voraussagen k\u00f6nnen\u201c, meint Projektleiter Prof. Volker Springel (HITS, MPA, Universit\u00e4t Heidelberg). \u201eDas ist entscheidend, um zuk\u00fcnftige kosmologische Messungen verl\u00e4sslich auswerten zu k\u00f6nnen.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Die wichtigste Transformation im Lebenszyklus von Galaxien<\/h2>\n\n\n\n

Wie wichtig der Einfluss schwarzer L\u00f6cher auf Galaxien ist, konnte Dr. Dylan Nelson (MPA) in einer weiteren Studie nachweisen. Sternbildende Galaxien strahlen hell im blauen Licht junger Sterne, bis ein pl\u00f6tzlicher Entwicklungsschub die Sternentstehung ausschaltet, so dass sie von alten, roten Sternen dominiert werden und sich zum Friedhof \u201ealter und toter\u201c Galaxien hinzu gesellen. \u201eDas einzige physikalische Objekt, das in der Lage ist, die Sternentstehung in unseren gro\u00dfen elliptischen Galaxien auszul\u00f6schen, sind die supermassereichen schwarzen L\u00f6cher in ihren Zentren\u201c, erkl\u00e4rt Dylan Nelson. \u201eDie ultraschnellen Ausw\u00fcrfe dieser Schwerkraftfallen erreichen Geschwindigkeiten von bis zu 10 Prozent der Lichtgeschwindigkeit und beeinflussen riesige Sternsysteme, die milliardenfach gr\u00f6\u00dfer sind als das vergleichsweise kleine schwarze Loch.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Wie die Sterne stehen: Neue Erkenntnisse zum Aufbau von Galaxien<\/h2>\n\n\n\n

\u201eIllustrisTNG\u201c hilft auch, den hierarchischen Aufbau der Galaxien besser zu verstehen. Schon lange vermuten Theoretiker, dass zun\u00e4chst kleine Galaxien entstehen m\u00fcssten, die dann zu immer gr\u00f6\u00dferen Objekten verschmelzen, zusammengezogen von der unerbittlichen Anziehungskraft der Schwerkraft. Bei zahlreichen solchen Galaxienkollisionen werden Galaxien f\u00f6rmlich zerrissen. Ihre Sterne kreisen dann auf weiten Bahnen um neu entstandene gro\u00dfe Galaxien, was ihnen ein schwaches Glimmen im Hintergrund verleihen m\u00fcsste. Diese vorausgesagten \u201eLichth\u00f6fe\u201c sind aufgrund ihrer geringen Oberfl\u00e4chenhelligkeit nur sehr schwer zu beobachten \u2013 aber IllustrisTNG konnte genau simulieren, wonach Astronomen suchen sollten. \u201eUnsere Voraussagen k\u00f6nnen von Beobachtern nun gezielt \u00fcberpr\u00fcft werden\u201c, freut sich Dr. Annalisa Pillepich (MPIA), Autorin einer weiteren IllustrisTNG Studie. \u201eSo kann das theoretische Modell der hierarchischen Galaxienentstehung gezielt auf die Probe gestellt werden.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Astrophysik mit Spezialcode und Supercomputer<\/h2>\n\n\n\n

F\u00fcr das Projekt entwickelten die Forscher eine besonders leistungsf\u00e4hige Version ihres hoch-parallelen bewegten Gitter-Codes AREPO<\/a> und setzten ihn auf der \u201eHazel-Hen\u201c Maschine<\/a> am H\u00f6chstleistungsrechenzentrum Stuttgart ein, dem schnellsten deutschen Gro\u00dfrechner, der aktuell auf Platz 19 der Top 500 Supercomputer steht. \u201eIllustrisTNG\u201c ist das bisher gr\u00f6\u00dfte hydrodynamische Simulationsprojekt \u00fcber die Entwicklung kosmischer Strukturen. F\u00fcr eine der beiden Hauptberechnungen arbeiteten mehr als 24000 Prozessoren \u00fcber zwei Monate an der Entstehung von Millionen von Galaxien, in einer repr\u00e4sentativen Region des Universums von knapp einer Milliarde Lichtjahre Kantenl\u00e4nge. \u201eDank der Rechenzeit des deutschen Gauss Zentrums f\u00fcr Supercomputing konnten wir den Stand der Wissenschaft in diesem Bereich neu definieren\u201c, erkl\u00e4rt Volker Springel. \u201eDie neuen Simulationen erzeugten mehr als 500 Terabyte Simulationsdaten. Die Auswertung dieses riesigen Datenberges wird uns noch \u00fcber Jahre hinweg besch\u00e4ftigen und verspricht viele weitere spannende Erkenntnisse \u00fcber unterschiedliche astrophysikalische Prozesse.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Die wissenschaftlichen Ver\u00f6ffentlichungen im Original:<\/h2>\n\n\n\n