Entwicklung der Milchstraße erstmals erfolgreich simuliert

Art der Sternentstehung spielt entscheidende Rolle in der Berechnung.

Simulierte Galaxie
Simulierte Galaxie

Santa Cruz (USA)/Zürich (Schweiz) - Mehr als neun Monate lang mussten drei Supercomputer rechnen - dann lieferte die bislang aufwändigste Simulation der Entstehung und Entwicklung eines Sternsystems endlich das Bild einer unserer Milchstraße ähnelnden Spiralgalaxie. Es ist das erste Mal, dass eine solche Simulation im Rahmen des kosmologischen Modells gelungen ist, das Astrophysiker bevorzugen. Frühere Versuche hatten stets zu viele Sterne im Zentralbereich von Spiralgalaxien geliefert. Die jetzt von Forschern aus der Schweiz und den USA präsentierte Simulation kann dank einer höheren Auflösung erstmals die Entstehung von Sternen korrekt berücksichtigen.

"In realen Galaxien entstehen Sterne in Haufen", erläutert Piero Madau von der University of California in Santa Cruz, einer der beteiligten Wissenschaftler. "Doch das ist in kosmologischen Simulationen schwer zu reproduzieren. Dies ist die erste Simulation, die in der Lage ist, die dichten Wolken aufzulösen, in denen es zur Bildung neuer Sterne kommt." Dazu mussten Madau und seine Kollegen die Bahnen und Wechselwirkungen von insgesamt 60 Millionen Testpartikeln - sowohl Gasatomen als auch Teilchen der Dunklen Materie - im Computer verfolgen.

Etwa 80 Prozent der Masse im Universum bestehen nach heutigen Kenntnissen aus der bislang rätselhaften Dunklen Materie. Im bevorzugten Modell der Kosmologen ist die Dunkle Materie "kalt", sie besteht aus massereichen, sich langsam bewegenden Teilchen. In der Frühzeit des Kosmos bildeten sich zunächst Verdichtungen aus dieser kalten Dunklen Materie, in die dann die gewöhnliche Materie - hauptsächlich Wasserstoff-Gas - hineinfiel und Sterne und Galaxien bildete. Simulationen dieses Vorgangs waren bislang jedoch nicht in der Lage, Spiralgalaxien wie unsere Milchstraße zu produzieren - was zu Zweifeln an der Korrektheit des Modells der kalten Dunklen Materie geführt hat.

Die Simulation von Madau und seinen Kollegen zeigt nun, dass die korrekte Berücksichtigung der Sternentstehung der entscheidende Schritt ist. Bei zu niedriger Auflösung entstehen Sterne gleichmäßig überall in der Galaxie, während sich in der neuen "Eris"-Simulation die Sterne realitätsnah in Haufen bilden. "Supernova-Explosionen treiben dann das Gas aus der zentralen Region der Galaxie heraus und verhindern so die Entstehung weiterer Sterne und die Bildung einer unrealistischen, großen Verdickung in der Mitte der Spirale", so Madau.