Künstliche Intelligenz hilft das Universum zu verstehen

Potsdam – Astrophysiker haben einen Algorithmus entwickelt, der mit einer bisher nicht erreichten Genauigkeit die Verteilung der Galaxien im beobachtbaren Universum vorhersagt. Die Ergebnisse, die in der Zeitschrift „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“ erscheinen, stellen einen wichtigen Schritt zur Beschreibung kosmischer Strukturen auf großen Skalen dar, und geben Einblicke in die Vergangenheit des frühen Universums.

„Aufschluss über die Verteilung der Dunklen Materie und deren Dynamik anhand der Galaxienverteilung zu gewinnen, gleicht dem Versuch, aus der Satellitenaufnahme der Erde bei Nacht, auf der man allein die Lichter der stark besiedelten Regionen sieht, ein geografisch genaues Abbild unseres Planeten zu formen“, beschreibt Francisco-Shu Kitaura vom Leibniz-Instituts für Astrophysik die Herausforderung an die Kosmologen. Er hat mit seinem Team einen Algorithmus entwickelt, der ausgehend von zufälligen Dichtefluktuationen im frühen Universum die Strukturentwicklung der Galaxien in einem selbstlernenden Prozess simuliert. Die Daten werden dabei immer mit Beobachtungen der tatsächlichen Materieverteilung abgeglichen, die aus Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung vorliegen.

Struktur der Galaxieverteilung in der Lokalen Gruppe
Struktur der Galaxieverteilung

Astronomen gehen im kosmologischen Standardmodell davon aus, dass die sichtbaren Objekte im Weltall nur etwa ein Fünftel der gesamten vorhandenen Materie ausmachen. Die Dunkle Materie und die Dunkle Energie, welche die Expansion des Universums vorantreibt, können nicht direkt beobachtet werden. Astrophysiker untersuchen deshalb die Bewegungen der Milchstraße und der uns umgebenden Nachbargalaxien, die sogenannte Lokale Gruppe. Davon erhoffen sie sich Rückschlüsse auf die Entwicklung des Kosmos.

Die von den Astrophysikern entwickelte Methode kann sowohl Anfangsdichtefluktuationen als auch die Geschwindigkeitsentwicklung der Galaxien in Übereinstimmung mit der heutigen dreidimensional Beobachtung der Lokalen Gruppe erklären. Damit bestätigen die Simulationen das kosmologische Standardmodell. In einem nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler ihren Algorithmus weiter verbessern, indem sie zum Beispiel Wechselwirkungen zwischen einzelnen Galaxien genauer berücksichtigen. Das Ziel ist ein tieferes Verständnis der Strukturformation und -entwicklung im Universum.