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Vortrag
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Unsere Galaxie und ihre Zukunft

Professor Springel ist Astrophysiker an der Universität Heidelberg und untersucht mithilfe von Simulations-Programmen, wie die vielfältigen Formen und Größen von Galaxien entstehen. Im Rahmen der Vortragsreihe „Über den Tellerrand“ des Felix Klein Zentrums für Mathematik erklärt er anschaulich, wie unsere Heimat-Galaxie, die Milchstraße, entstand und welches Schicksal sie in Zukunft erwartet.

Von Unispectrum live • Katrin Haag

Am Anfang war der heiße Urknall. Danach gab es zunächst erst einmal nichts, auch noch kein Licht. Irgendwann bildete sich der erste Stern und später Galaxien und Planeten. Die Restwärme des Urknalls kann man heute noch als Mikrowellen-Hintergrundstrahlung messen und daraus Rückschlüsse auf die Entstehung des Universums ziehen.

Der Vorlesungssaal des Fraunhofer Zentrums ist voll besetzt. Schon vor Beginn des Vortrags diskutieren das anwesende Fachpersonal, Studenten und weitere Interessierte leise miteinander. Am Tag zuvor sorgte eine große Wissenschaftsmeldung für Schlagzeilen: Zum ersten Mal ist es gelungen, die Gravitationswellen zweier verschmelzender Neutronensterne zu messen. Professor Springel vom Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS) glaubt, dass es sich dabei um den Beginn eines neuen Zeitalters der Astrophysik handelt. Auch seine Simulationen können von den neuen Erkenntnissen profitieren.

„Die physikalischen Gleichungen zur Lösung komplexer Probleme sind alle vorhanden. Man muss sie nur richtig verstehen und anwenden“, erklärt Professor Volker Springel. Zur Berechnung braucht es dann allerdings die enorme Rechenleistung moderner Supercomputer, mit Papier und Stift geht das nicht mehr. Das Illustris Projekt, an dem Professor Springel beteiligt ist, befasst sich genau damit: möglichst genaue Simulationen von komplexen Vorgängen im Kosmos, die man nicht beobachten kann. Einzig ihre Auswirkungen lassen sich messen.
Seit dem Urknall vor 13,7 Milliarden Jahren dehnt sich das Universum kontinuierlich aus und wird immer komplexer. Galaxien können unzählige verschiedene Formen, Dichten und Größen haben. Unsere Galaxie, die Milchstraße, ist beispielsweise eine klassische Scheiben-Galaxie. Mit Algorithmen können die Astronomen nun Simulationen erstellen, die zeigen, wie sich diese Formen bilden. Verschmelzen zwei Scheiben-Galaxien entsteht eine neue elliptische daraus. Genau das wird in fünf bis sechs Milliarden Jahren mit der Milchstraße und unserer Nachbar-Galaxie Andromeda passieren. Eine neue Galaxie mit neuer Form wird entstehen. Was dabei mit unserer Erde passiert, lässt sich nicht genau voraussagen, zu chaotisch sind die Abläufe während solcher Kollisionen. Mithilfe von Simulationen können die Forscher aber bereits heute die Vorgänge annähern. Man kann sie sich wie einen extremen Zeitraffer der tatsächlichen Entwicklungen im Universum vorstellen. Vergleicht man einzelne „Standbilder“ mit Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble erkennt man tatsächlich große Übereinstimmungen zwischen Simulation und Wirklichkeit.

Wie steht es nun um die Zukunft unseres Universums? Momentan können die Forscher darauf noch keine konkrete Antwort geben. Das Universum dehnt sich schnell aus. Möglich wäre, dass es sich irgendwann langsamer ausdehnt oder ein großer Riss quer durch das Universum entsteht oder es sogar zum kompletten Zusammenbruch kommt.

An ihre Grenzen stößt die Astronomie auch bei der Frage nach der Entstehung von Sternen. Wie das genau abläuft und reguliert wird, ist nicht bekannt. Auch weiß die Wissenschaft, dass das Universum zum größten Teil aus der sogenannten Dunklen Materie und aus Dunkler Energie besteht. Nur kann bisher niemand sagen, um was es sich dabei handelt. Werden diese Rätsel in Zukunft gelöst und die Superrechner noch besser, lassen sich dem Universum möglicherweise weitere Geheimnisse entlocken. Die Forscher des Illustris Projekts arbeiten schon an neuen und verbesserten Simulationen, von denen sie sich neue Erkenntnisse versprechen.

Nach dem Vortrag stellt das Publikum viele Fragen, die Professor Springel gerne beantwortet. Es entsteht ein lebhafter Diskurs. Man merkt, dass die Zuhörer fasziniert sind von diesem Thema, das „über den Tellerrand“ des Forschungs- und Studierenden-Alltags hinausgeht.
Die Vorlesungsreihe des Felix Klein Zentrums für Mathematik versucht immer diesen Bogen zu spannen, zwischen Bekanntem aus der TUK-eigenen Erfahrung und einem ganz neuen Blickwinkel des Gastredners.