Wir haben Zeitraffer-Videos gesehen, in denen Bäume wuchsen oder Berge sich bildeten, sogar die Oberfläche der Erde wurde schneller, um zu zeigen, wie sich Kontinente zu ihren heutigen Konfigurationen bewegten und sich in Zukunft bewegen werden.
Verwandte Inhalte
- Den Urknall hören
- Eine kurze Tour durch die Natur unseres Universums
Jetzt können wir Zeitrafferbilder des Universums sehen, die sich entwickeln - 13 Milliarden Jahre kosmischer Evolution, alle innerhalb eines Würfels von 350 Millionen Lichtjahren auf den Bildschirm unserer Computer geschrumpft. Das obige Video führt uns durch Zeit und Raum, während sich Gas erhitzt, Sterne explodieren, Galaxien entstehen, Schwarze Löcher sich verschlingen und sich das Universum ausdehnt. Wir sehen die riesigen Weiten des Weltraums als dunkle Materie, als Gastemperatur, als Schwermetalle, als sichtbares Licht - Daten, die sich über 12 Milliarden 3D-Pixel überlappen.
"Bisher konnte keine einzelne Simulation das Universum sowohl im großen als auch im kleinen Maßstab gleichzeitig reproduzieren", sagt Mark Vogelsberger vom MIT / Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). Vogelsberger hat gestern zusammen mit Forschern in Deutschland, Großbritannien und anderen Institutionen in den USA ihre Simulation in Nature vorgestellt .
Dieses virtuelle, aber realistische Universum wurde mit einem Computerprogramm namens Illustris erstellt, das 12 Millionen Jahre nach dem Urknall komplexen Code verwendete, um das Universum von den Kinderschuhen an aufzubauen.
Die Entwicklung eines milliarden Jahre umfassenden Programms erforderte eine lange Investition auf menschlicher Ebene - die Forscher haben Illustris fünf Jahre lang entwickelt. Die eigentlichen Berechnungen dauerten auf Supercomputern drei Monate und umfassten satte 8.000 Zentraleinheiten (CPUs, die jeweils das "Gehirn" eines Computers sind), die gleichzeitig arbeiten. Zum Vergleich: Der durchschnittliche Desktop-Computer, der alleine arbeitet, hätte diese Aufgabe in 2.000 Jahren erledigt.
Als die Berechnung heute abgeschlossen war, hatte Illustris mehr als 41.000 Galaxien zusammen mit Galaxienhaufen und -hohlräumen gebaut, von denen die Forscher sagen, dass sie die Essenz des tatsächlichen Universums sehr gut einfangen. Das Einzoomen zeigt eine Auflösung, die so fein ist, dass die Chemie von Gasen, die in einzelnen Galaxien wirbeln, dargestellt werden kann.
Wie funktioniert die Simulation? Ein winziger Aspekt basiert auf einem Grundprinzip des Lichts, der schnellsten Substanz im Universum. Das Licht bewegt sich mit einer bekannten Geschwindigkeit von 299.792.458 Metern pro Sekunde. Wenn wir also mit Hilfe von Teleskopen eine eine Milliarde Lichtjahre entfernte Galaxie betrachten, sehen wir die Vergangenheit - Licht, das vor einer Milliarde Jahren ausgestrahlt wurde. Je weiter die Astronomen wegschauen, desto früher können sie den Vater sehen.
Aber Beobachtungen mit Hilfe von Teleskopen erzeugen nur einzelne Teile der Entwicklung des Universums und lassen niemanden erkennen, wie sich beispielsweise eine bestimmte Galaxie im Laufe der Zeit verändert. Daher mussten die Forscher, die Illustris bauten, große Lücken in Raum und Zeit schließen, indem sie die Grundlagen der Interaktion von normaler Materie, dunkler Materie und dunkler Energie - dem Hauptbestandteil des Universums - im Raum untersuchten. Wie zu erwarten, beeinflussen komplexe physikalische und chemische Prozesse die Bildung kosmischer Strukturen.
Aktuelle Überlegungen deuten darauf hin, dass die Entwicklung von Merkmalen im Raum "ein selbstregulierender Prozess ist, in dem Sinne, dass die Strukturen, die sich bilden, insbesondere Sterne und Schwarze Löcher, ihre Umgebung und die nachfolgende Entwicklung der nächsten Generation von Strukturen beeinflussen" Autoren schreiben auf Illustris 'Seite. „In Illustris wird ein umfassender (wenn auch nicht vollständiger) Satz physikalischer Prozesse wie sternentstehungsgetriebene galaktische Winde und die Injektion von thermischer Energie durch ein Schwarzes Loch während der gesamten kosmischen Geschichte modelliert.“ Solche Simulationen sind der Schlüssel zur Schaffung eines realistischen Satzes von modellierte Galaxien.
Andere von den Autoren produzierte Videos zeigen bestimmte Teile der Simulation - 13 Milliarden Jahre Gastemperatur im Weltraum oder die vollständige Entwicklung einer bestimmten Galaxie. "Illustris ist wie eine Zeitmaschine", sagt Co-Autor Shy Genel von der CfA. "Wir können in der Zeit vorwärts und rückwärts gehen. Wir können die Simulation anhalten und in eine einzelne Galaxie oder einen Galaxienhaufen zoomen, um zu sehen, was wirklich vor sich geht." "
Und wir können auch staunen, wenn wir durch an neuronale Netze erinnernde Filamente fliegen, über die schiere Größe von Raum und Zeit und die Fähigkeit der Menschheit, sie zu simulieren.
