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Wie ist unser Universum entstanden?

LMU-Princeton-Kooperation in der numerischen Kosmologie

München, 07.04.2009

LMU-Wissenschaftler und Forscher der US-amerikanischen Princeton University werden im Bereich der numerischen Kosmologie kooperieren. Die Astrophysiker wollen mithilfe von Supercomputern die Entstehung von Galaxien besser verstehen. Die Forschungsarbeiten werden hauptsächlich in der Universitätssternwarte München und am Princeton Institute for Computational Science and Engineering (PICSciE) durchgeführt werden.

Zu verstehen, wie sich Galaxien bilden und welche Bedingungen notwendig sind, damit sie entstehen, gehören laut Jeremiah Ostriker, Professor am Department für Astrophysikalische Wissenschaften der Princeton University und Direktor des PICSciE, zu den wichtigsten ungeklärten Fragen der Astronomie. „Bisher ist es nicht gelungen, auf Basis theoretischer Berechnungen mit Computersimulationen Galaxien zu erzeugen, die aussehen wie echte Galaxien“, erläutert Ostriker, der die Zusammenarbeit in Princeton leiten wird. „Wir möchten bereits gesicherte Fakten aus der Kosmologie in hinreichend hoher Auflösung durchrechnen, um zu testen, ob wir so in der Simulation die Bausteine der kosmologischen Objekte erhalten, die wir tatsächlich im Universum beobachten. “

Zunächst aber sollen im Rahmen der Kooperation die Kapazität und die Rechengeschwindigkeit des Supercomputers Artemis am PICSciE verdoppelt werden. Der Ausbau einiger Teilbereiche ist bereits im Gange.

„Das Universum ist sehr komplex und viele Dinge laufen gleichzeitig ab:“, sagt Andreas Burkert, Ordinarius für Theoretische und Numerische Astrophysik an der LMU und Projektleiter des Münchner Teams. „Simulationen bieten hier eine gute Orientierungshilfe. Superschnelle Computer, die komplexe numerische Operationen an gigantischen Zahlenmatrizen durchführen können, sind damit aber unentbehrliche Werkzeuge in der modernen Kosmologie.“

Mit diesen Berechnungen zur Evolution von Galaxien können die über Jahrmilliarden ablaufenden Entwicklungen der Galaxien innerhalb von wenigen Wochen nachvollzogen werden. Die Rechenanweisungen beruhen auf den derzeitigen Kenntnissen von äußerst komplexen Vorgängen, wie zum Beispiel dem Ursprung und dem Wachstum von gewaltigen Schwarzen Löchern in Galaxienzentren, die letztlich die Entstehung von Strukturen und Galaxien bestimmt haben, so wie wir sie heute im Universum vorfinden.

Mithilfe der neuen, leistungsfähigeren Supercomputer wollen die Forscher die Formeln, die den Simulationen zugrunde liegen, optimieren, um letztlich eine realistischere Abbildung des Universums zu erhalten. „Wir wollen herausfinden, ob wir den Ursprung unserer Milchstraße erklären und auch voraussagen können, was in Zukunft geschehen wird“, sagt Burkert.

Für Burkert ist Ostriker „eine der Koryphäen“ in der Kosmologie. „Jerry ist von Anfang an mit dabei gewesen“, so Burkert. „Er begründete dieses Forschungsgebiet. Wir freuen uns sehr, dass wir mit ihm zusammenarbeiten können.“ An der Kooperation beteiligt sind darüber hinaus David Spergel, der Charles-A.-Young-Professor für Astronomie der Class of 1897 Foundation und Leiter des Departments für Astrophysikalische Wissenschaften in Princeton, und Thorsten Naab, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universitätssternwarte München.

Die Forschergruppen arbeiten bereits seit einiger Zeit zusammen und haben sich Anfang des Jahres entschlossen, ihre Zusammenarbeit auch zu formalisieren. Unterstützung erfährt das Projekt durch den Exzellenzcluster „Origin and Structure of the Universe“, an dem Professor Andreas Burkert als stellvertretender Koordinator beteiligt ist. In diesem Forschungscluster untersuchen führende Wissenschaftler aus München zentrale Fragen der Astrophysik, Teilchenphysik und Kernphysik, unter anderem die innerste Struktur von Materie, Raum und Zeit, die Natur der Grundkräfte der Physik sowie die Struktur, die Geometrie und den Inhalt unseres Universums. Sprecheruniversität des Clusters ist die Technische Universität München. (Kitta MacPherson/suwe)

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