TNG50 (2): Aufwendige Computersimulation lüftete auch das Geheimnis unserer Heimatgalaxie
(MP/HOR) – Galaxien gelten als die größten Bausteine im Universum. Wie aber wurden sie geboren? Wie haben sie sich entwickelt? Um den Antworten auf diese Fragen näher zu kommen, hat ein internationales Team – darunter auch Forschende aus den Max-Planck-Instituten für Astronomie und Astrophysik – das All in den Computer gepackt. Das Ergebnis heißt Illustris TNG50 und ist die bisher detailreichste kosmologische Großsimulation. Sie zeigt erstmals, dass die Geometrie der kosmischen Gasflüsse in und um Galaxien die Struktur dieser Sternsysteme beeinflusst. [LESEN SIE HIER TEIL 1 DES ARTIKELS]
„TNG50 zeigt, dass sich unsere eigene Milchstraßengalaxie mit ihrer dünnen Scheibe voll im Trend befindet“, sagt Annalisa Pillepich. In den vergangenen zehn Milliarden Jahren seien zumindest diejenigen Galaxien, in denen noch neue Sterne entstehen, immer scheibenartiger geworden; zudem haben sich ihre chaotischen inneren Bewegungsmuster deutlich abgeschwächt. Kurz: „Das nur ein paar Milliarden Jahre alte Universum war viel chaotischer als heute.“
Die Astronomen haben bei der simulierten Evolution ihrer Galaxien ein weiteres Phänomen ausgemacht: Gas und Teilchenwinde, die mit hoher Geschwindigkeit aus den Galaxien ausströmen. Ursache sind Supernova-Explosionen sowie die Aktivität der supermassereichen schwarzen Löcher in den Zentren von Galaxien. Das Gas verlässt das Milchstraßensystem dabei zunächst in beliebige Richtungen – eine durchaus chaotische Situation. Aber mit der Zeit, und das wurde nicht von vornherein einprogrammiert, spielen sich die Gasströmungen auf einen Weg des geringsten Widerstands ein. Im späten Weltall strömt das Gas dann typischerweise in zwei entgegengesetzte Richtungen innerhalb von kegelförmigen Regionen aus. Sie ähneln zwei Eistüten – Spitze an Spitze positioniert, mit der Galaxie in der Mitte. Solche Strukturen findet man auch in den realen astronomischen Beobachtungsdaten.
Unter dem Einfluss der Schwerkraft von Dunkler Materie, welche die Galaxie einhüllt, werden diese Winde dann immer langsamer. Wie das Wasser einer Fontäne können sie auf die Ursprungsgalaxie zurückfallen und sie mit recyceltem Gas versorgen. Dieser Prozess sorgt außerdem für eine Umverteilung des Gases vom Zentrum einer Galaxie in ihre Außenbezirke und beschleunigt damit die Umwandlung der Galaxie in eine dünne Scheibe: Galaktische Strukturen bringen galaktische Fontänen hervor und umgekehrt.
Ebenso wie die anderen Simulationen der TNG-Familie werden die Mitglieder des TNG50-Teams, zu dem neben den Max-Planck-Forschern auch amerikanische Wissenschaftler gehören, ihre Simulationsdaten beizeiten im Ganzen veröffentlichen. Dann können Astronomen weltweit ihre eigenen Entdeckungen im TNG50-Universum machen – und womöglich noch weitere Beispiel für Phänomene finden, bei denen auf kosmischen Größenskalen Ordnung aus dem Chaos des frühen Universums hervorgeht.
Verfasst von: Redaktion
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