Numerische Simulationen des dunklen Universums

Dem vorherrschenden Denken zufolge wird unser Universum von zwei mysteriösen Entitäten geformt, die Astronomen nicht direkt beobachten oder messen können: dunkle Materie und dunkle Energie. Insofern ist es etwas schwierig zu bestimmen, ob das aktuelle Verständnis ihrer wahrgenommenen Effekte korrekt ist.

Eine der Möglichkeiten der Wissenschaft, sich zu überzeugen, dass sie alle relevanten Informationen für die korrekte Auslegung der kosmologischen Daten hat, ist die Erstellung von Modellen Universums. Die Forscher des EU-finanzierten Projekts SIDUN (Simulating the dark Universe) führten Simulationen für verschiedene kosmologische Szenarien durch.

Um Details der Entwicklung des Universums zu reproduzieren, aktualisierten die Forscher Software für die sogenannten Hydrodynamik-Simulationen, die die Elemente des Universums als Teilchen einer Flüssigkeit betrachten. Diese kosmologischen Simulationen basieren meist auf konkurrierenden Szenarien von wechselwirkender dunkler Energie und modifizierten Gravitationsmodellen.

Die Wissenschaftler von SIDUN kombinierten aber auch Simulationen der zwei verschiedene Szenarien der kosmischen Beschleunigung mit Erweiterungen des Standardmodells, einschließlich massiver Neutrinos. Die angewandten numerischen Modelle der kosmologischen Inflation lieferten ergaben einen signifikanten Wert der Asymmetrie in der ursprünglichen Massenverteilung.

Die Forscher hoffen, dass die Ergebnisse dieser Simulationen einige noch offene Fragen zu dunkler Materie, dunkler Energie und der Gesamtstruktur des Universums beantworten werden. Insbesondere die dunkle Energie treibt angeblich die beschleunigte Expansion des Universums an.

Es gibt viele verschiedene Theorien über dunkle Energie: Sie könnte eine Eigenschaft der Schwerkraft im großen Maßstab sein, die noch nicht entdeckt wurde, oder eine Wendung der allgemeinen Relativitätstheorie, die sich die Wissenschaftler nicht bedacht haben. Die neue Generation von hochauflösenden Simulationsdaten sollte die Erfassung von sehr subtilen Effekten der dunklen Energie ermöglichen.

Die Projektergebnisse von SIDUN wurden bereits in den Planungssimulationen für die Euclid-Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) aufgenommen, mit der eine Karte des dunklen Universums erstellt werden soll. Mit ihrer Hilfe könnten Kosmologen mögliche Erklärungen ausgrenzen, um schließlich zu einer genaueren Theorie unseres Universums zu gelangen.