Selbst abgebrühte Astronomen starren fasziniert auf die Leinwand im Hörsaal: Im virtuellen Flug geht es durch große blaue Bereiche, entlang von pinkfarbenen Filamenten bis in große gelb strahlende Klumpen. An vielen Stellen wimmelt es zudem von kleinen hellen Knoten. So schön kann eine Reise durch das Weltall sein - denn der Film kommt nicht aus Hollywood, sondern ist knallharte Wissenschaft:
"Das ist die so genannte Millenium Simulation. Das Gesamtvolumen der Simulation ist ein Würfel mit ungefähr 1,5 Milliarden Lichtjahren Kantenlänge. Innerhalb dieses Volumens können wir dann die Entwicklung von ungefähr 10 Millionen Galaxien verfolgen."
Simon White, Direktor am Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching, und sein Team können den Großteil des Kosmos nicht sehen - aber immerhin simulieren. Man nehme einen riesigen virtuellen Testwürfel, fülle ihn mit den physikalischen Gesetzen und zehn Milliarden Materieteilchen, die man anfangs zum Urbrei kurz nach dem Urknall zusammenrührt. Über viele Zeitschritte bilden die Teilchen dann das heute hoch strukturierte Universum: Allein mit der Schwerkraft als "Backpulver" bilden sich schließlich die großen Haufen und Wände aus Galaxien zwischen gigantischen Leerräumen, im Film je nach Materiedichte künstlich eingefärbt. White:
"Was direkt im Computer verfolgt wird, ist nur die Verstreuung der Dunklen Materie. Man muss natürlich auch die sichtbare Sterne verfolgen. Das machen wir dann nachher mit einfachen Methoden. Wir versuchen dann, die Entwicklung der Galaxien selbst zu verfolgen."
Der Kosmos enthält viel mehr Dunkle als sichtbare Materie. Jede Galaxie im All ist eine Art Kokon aus Dunkler Materie eingebettet - die Dunkle Materie ist praktisch der Geburtshelfer aller sichtbaren Strukturen. Wie die jetzt präsentierten Simulationsdaten zeigen, hatte die Dunkle Materie binnen einiger hundert Millionen Jahre nach dem Urknall das "Gerüst" des Weltalls gezimmert. In ihm haben sich die sichtbaren Sterne und Galaxien gebildet haben. Solche Rechnungen sind keine abstrusen Spielereien von Computer-Fanatikern. Denn die sichtbaren Sterne dienen als Testfall der Simulation: Nur wenn der berechnete Würfel die tatsächlich beobachteten Strukturen im Kosmos hervorbringt, beruht die Simulation auf den richtigen Annahmen.
"Es gibt eine ziemlich gute Übereinstimmung der beiden, des simulierten und des echten Universums. Aber es gibt kleine Sachen, wo jetzt schon klar ist, dass es im Moment nicht richtig gemacht wird. Wir können nicht gut sehen, ob wir eine Spiral- oder elliptische Galaxie haben. Mit besseren Methoden und besseren Rechnern können wir vielleicht auch die innere Struktur der Galaxien simulieren und dann sehen, ob wir die richtigen Galaxien an den richtigen Punkten im Universum haben."
Bisher reicht die Rechnerleistung nicht aus, um gleichzeitig einen Riesenwürfel Weltall und die detailgenaue Entwicklung der einzelnen Objekte zu verfolgen. Die Simulationen sind derzeit noch zu "unscharf". Doch Simon White und seine Kollegen arbeiten hart daran, die Technik weiter zu verbessern - und etablieren Simulationen als wichtiges Standbein der modernen Kosmologie zwischen Beobachtung und Theorie. Auch bei der Erforschung der abstoßenden und bis heute völlig rätselhaften Dunklen Energie, nutzen die Astronomen liebend gerne Theorie und Simulation...
"Wir machen eine Simulation mit der ersten Hypothese für Dunkle Energie, dann sehen wir das Ergebnis. Dann machen wir eine andere Hypothese für die Natur der Dunklen Energie, dann machen wir noch eine Simulation, dann versuchen wir zu sehen, was hat sich verändert zwischen den beiden. Wenn wir das besser verstehen, können wir vielleicht die Beobachtung benutzen für das echte Universum, um dann zu sagen, die echte Dunkle Energie ist wie der erste Tip nicht wie der zweite."
Neue Ideen lassen sich mit Simulationen gut testen: Passen die angenommenen physikalischen Prozesse tatsächlich zum heutigen Universum? Simulationen ergänzen ideal die Beobachtungen des Kosmos, denn sie ermöglichen den Astronomen jetzt, mit Computern in Bereiche vorzudringen oder Bestandteile des Universums zu untersuchen, die den Teleskopen immer verborgen bleiben.
"Das ist die so genannte Millenium Simulation. Das Gesamtvolumen der Simulation ist ein Würfel mit ungefähr 1,5 Milliarden Lichtjahren Kantenlänge. Innerhalb dieses Volumens können wir dann die Entwicklung von ungefähr 10 Millionen Galaxien verfolgen."
Simon White, Direktor am Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching, und sein Team können den Großteil des Kosmos nicht sehen - aber immerhin simulieren. Man nehme einen riesigen virtuellen Testwürfel, fülle ihn mit den physikalischen Gesetzen und zehn Milliarden Materieteilchen, die man anfangs zum Urbrei kurz nach dem Urknall zusammenrührt. Über viele Zeitschritte bilden die Teilchen dann das heute hoch strukturierte Universum: Allein mit der Schwerkraft als "Backpulver" bilden sich schließlich die großen Haufen und Wände aus Galaxien zwischen gigantischen Leerräumen, im Film je nach Materiedichte künstlich eingefärbt. White:
"Was direkt im Computer verfolgt wird, ist nur die Verstreuung der Dunklen Materie. Man muss natürlich auch die sichtbare Sterne verfolgen. Das machen wir dann nachher mit einfachen Methoden. Wir versuchen dann, die Entwicklung der Galaxien selbst zu verfolgen."
Der Kosmos enthält viel mehr Dunkle als sichtbare Materie. Jede Galaxie im All ist eine Art Kokon aus Dunkler Materie eingebettet - die Dunkle Materie ist praktisch der Geburtshelfer aller sichtbaren Strukturen. Wie die jetzt präsentierten Simulationsdaten zeigen, hatte die Dunkle Materie binnen einiger hundert Millionen Jahre nach dem Urknall das "Gerüst" des Weltalls gezimmert. In ihm haben sich die sichtbaren Sterne und Galaxien gebildet haben. Solche Rechnungen sind keine abstrusen Spielereien von Computer-Fanatikern. Denn die sichtbaren Sterne dienen als Testfall der Simulation: Nur wenn der berechnete Würfel die tatsächlich beobachteten Strukturen im Kosmos hervorbringt, beruht die Simulation auf den richtigen Annahmen.
"Es gibt eine ziemlich gute Übereinstimmung der beiden, des simulierten und des echten Universums. Aber es gibt kleine Sachen, wo jetzt schon klar ist, dass es im Moment nicht richtig gemacht wird. Wir können nicht gut sehen, ob wir eine Spiral- oder elliptische Galaxie haben. Mit besseren Methoden und besseren Rechnern können wir vielleicht auch die innere Struktur der Galaxien simulieren und dann sehen, ob wir die richtigen Galaxien an den richtigen Punkten im Universum haben."
Bisher reicht die Rechnerleistung nicht aus, um gleichzeitig einen Riesenwürfel Weltall und die detailgenaue Entwicklung der einzelnen Objekte zu verfolgen. Die Simulationen sind derzeit noch zu "unscharf". Doch Simon White und seine Kollegen arbeiten hart daran, die Technik weiter zu verbessern - und etablieren Simulationen als wichtiges Standbein der modernen Kosmologie zwischen Beobachtung und Theorie. Auch bei der Erforschung der abstoßenden und bis heute völlig rätselhaften Dunklen Energie, nutzen die Astronomen liebend gerne Theorie und Simulation...
"Wir machen eine Simulation mit der ersten Hypothese für Dunkle Energie, dann sehen wir das Ergebnis. Dann machen wir eine andere Hypothese für die Natur der Dunklen Energie, dann machen wir noch eine Simulation, dann versuchen wir zu sehen, was hat sich verändert zwischen den beiden. Wenn wir das besser verstehen, können wir vielleicht die Beobachtung benutzen für das echte Universum, um dann zu sagen, die echte Dunkle Energie ist wie der erste Tip nicht wie der zweite."
Neue Ideen lassen sich mit Simulationen gut testen: Passen die angenommenen physikalischen Prozesse tatsächlich zum heutigen Universum? Simulationen ergänzen ideal die Beobachtungen des Kosmos, denn sie ermöglichen den Astronomen jetzt, mit Computern in Bereiche vorzudringen oder Bestandteile des Universums zu untersuchen, die den Teleskopen immer verborgen bleiben.