Was ist die Millennium-Simulation?

Die Millennium Simulation, offiziell als Millennium Run bekannt, ist eine der größten Simulationen der Entwicklung des Universums, die es je gab. Die Millennium Simulation wurde 2005 vom Virgo Consortium entwickelt, einer Gruppe von Astrophysikern aus Deutschland, Großbritannien, Kanada, Japan und den USA. Die Simulation, die auf einem Supercomputer in Garching, Deutschland, ausgeführt wurde, umfasste über 10 Milliarden „Teilchen“ und simulierte 20 Millionen Galaxien und Quasare in einem virtuellen Würfel mit einer Seitenlänge von etwa 2 Milliarden Lichtjahren. Die Millennium Simulation wurde als Werkzeug entwickelt, um Vorhersagen über die großräumige Struktur des Universums zu erstellen und diese mit Beobachtungsdaten und den Theorien von Astrophysikern zu vergleichen.

Die Millennium-Simulation beginnt etwa 379,000 Jahre nach dem Urknall vor 13.7 Milliarden Jahren, als das Universum extrem dicht und heiß war. Und damals bestand die Materie aus einem Plasma von Elektronen, Photonen und Baryonen, und das Universum war in einen Strahlungsfluss getaucht. Als sich das Universum ausdehnte und abkühlte, erreichte es eine kritische Temperatur – etwa 3000 K – und begann sich in Strahlung und unabhängige Materie zu „entkoppeln“. Dieses Ereignis erzeugte die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, die heute das Universum sättigt und eine universelle Temperatur von etwa 2.7 K hat. Aufgrund detaillierter Beobachtungen des kosmischen Mikrowellen-Hintergrunds haben Physiker eine gute Vorstellung vom Zustand des Universums im Moment der Entkopplung , und diese Informationen wurden in die Millennium-Simulation einprogrammiert, um als Anfangszustand zu dienen.

Nachdem die Millennium-Simulation über einen Monat lang auf einem leistungsstarken Supercomputer ausgeführt wurde, erhielt das Virgo-Konsortium seine Ergebnisse – über 25 Terabyte (TB) an Daten, genug, um auf 5,300 DVDs zu passen. In visueller Form dargestellt, sieht die Ausgabe wie ein feines dreidimensionales Filamentnetz mit fraktaler Selbstähnlichkeit auf mehreren Organisationsebenen aus. Diese Filamente sind eigentlich dunkle Materie, die den größten Teil der Masse im Universum ausmacht. Dunkle Materie kann nicht direkt gesehen werden, aber ihre Existenz kann aus ihrem gravitativen Einfluss auf die sichtbare Materie geschlossen werden. Im Modell sind die Filamente direkt zu sehen, was bei echter Dunkler Materie unmöglich ist.

Die Durchführung der Millennium-Simulation lieferte Astrophysikern eine Fülle neuer Daten darüber, wie sich das Universum entwickelt haben könnte, und sagt die „Superhaufen“-Struktur voraus, die wir aus astronomischen Daten beobachten. Eines der frühesten Ergebnisse der Millennium-Simulation war, dass sich Schwarze Löcher früher als bisher angenommen gebildet haben konnten, was durch experimentelle Daten des Sloan Digital Sky Survey gestützt wird, aber unsere aktuellen kosmologischen Modelle in Frage stellt.