„Die ehrgeizigste Simulation des Universums“

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bis jetzt ist soeben publiziert worden: Dem Illustris-Projekt, das mehrere Jahre gedauert hatte und Ende 2013 fertig war, gelang eine Kombination von hoher räumlicher Auflösung, betrachtetem Volumen – immer noch nur ein kleiner Ausschnitt des ganzen Kosmos, aber ein repräsentativer – und vor allem auch physikalischer Treue, wie es sie noch nie gegeben hat.

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Im Gegensatz zu früheren Groß-Simulationen des Kosmos spielen diesmal nicht nur die – für die Ausbildung großräumiger Strukturen dominante – Dunkle Materie sondern auch die Baryonen mit, aus denen in der hydrodynamischen Rechnung „echte“ Galaxien entstehen. Und auch die chemische Entwicklung des Gases wird berücksichtigt.

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Die sind so realistisch geraten, dass man sie problemlos in das klassische Hubble-Diagramm der Galaxien-Typen einsortieren kann. (Und auch simulierte Ansichten von Hubble Deep Fields mit Galaxien in einem früheren Entwicklungsstadium sind vom Original kaum zu unterscheiden.)

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Und auf den ganz großen Skalen wird der Kosmos genau so gut getroffen: hier – dargestellt für den massereichsten entstandenen Galaxienhaufen – die Dichteverteilung der Dunklen Materie in Blau und die Geschwindigkeit des Gases in rötlich. Besonders interessant sind allerdings jene Detailaspekte, bei denen sich Simulation und kosmische Wirklichkeit noch widerprechen, v.a. bei der Entwicklung kleiner Galaxien: Hier locken neue Einsichten. Viele weitere Visuals gibt es hier zu bestaunen, auch in Bewegung – das Video hier fasst eine Reihe Visualisierungen zusammen:

Die enorm umfangreichen Rechnungen liefen auf Rechnern in Frankreich, Deutschland und den USA und benutzten ein “moving, unstructured mesh”, ein Mittelding aus smoothed particle hydrodynamics und adaptive mesh refinement: Die Simulation begann 12 Mio. Jahre nach dem Urknall und verfolgte 12 Milliarden Auflösungselemente 13 Mrd. Jahre lang, in einem 107 Mpc großen Kubus, in dem am Ende 41’416 Galaxien entstanden waren. In die Simulation kann man mit diesem Zoom-Tool eintauchen – auch ein Press Release, eine Pressemitteilung und Artikel hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier und hier. NACHTRÄGE: Das erste Illustris-Paper als Preprint, ein weiterer Press Release, ein Mini-Vortrag, weitere Artikel hier, hier, hier und hier und mehr Links.

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