Simulation einer Galaxie ohne dunkle Materie

Simulation einer Galaxie ohne dunkle Materie
Simulation einer Galaxie ohne dunkle Materie
Anonim

Um diesen Vorgang auf einem Computer zu reproduzieren, änderten sie die Newtonschen Gravitationsgesetze. Die durch Computer-Computing entstandenen Galaxien ähneln denen, die heute existieren. Wissenschaftlern zufolge könnten ihre Annahmen viele der Geheimnisse der modernen Kosmologie lösen.

Kosmologen vermuten, dass die Materie nach dem Urknall nicht gleichmäßig verteilt war. Dichtere Orte ziehen aufgrund der stärkeren Gravitationskräfte mehr Material aus der Umgebung an. Über mehrere Milliarden Jahre hinweg bildeten diese Gascluster schließlich die Galaxien, die wir heute sehen.

Ein wichtiger Bestandteil dieser Theorie ist die Dunkle Materie. Einerseits wird er für die anfängliche Ungleichverteilung verantwortlich gemacht, die zur Ansammlung von Gaswolken führte. Dies erklärt auch einige der überraschenden Beobachtungen. Sterne in rotierenden Galaxien bewegen sich beispielsweise oft so schnell, dass sie aus ihnen herausfliegen müssen. Es scheint, dass Galaxien eine zusätzliche Gravitationsquelle haben, die dies verhindert, was mit Teleskopen nicht zu sehen ist: Dunkle Materie. Aber es gibt noch keine direkten Beweise für seine Existenz.

„Vielleicht verhalten sich die Gravitationskräfte selbst nicht wie bisher angenommen“, erklärt Professor Pavel Krupa. Diese Theorie wird als modifizierte Newtonsche Dynamik (MOND) bezeichnet. Es wurde von dem israelischen Physiker Mordechai Milgrom entdeckt. Nach der Theorie gehorcht die Anziehung zwischen zwei Massen nur bis zu einem gewissen Punkt den Newtonschen Gesetzen. Bei sehr geringen Beschleunigungen, wie bei Galaxien, wird es viel stärker. Aus diesem Grund zerfallen Galaxien nicht aufgrund der Rotationsgeschwindigkeit.

In der Simulation verwendeten die Wissenschaftler ein Computerprogramm für komplexe Gravitationsberechnungen, das von Krupas Gruppe entwickelt wurde. Bei MOND hängt die Anziehungskraft eines Körpers nicht nur von seiner eigenen Masse ab, sondern auch davon, ob sich andere Objekte in seiner Nähe befinden.

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Anschließend simulierten die Wissenschaftler mit der Software die Entstehung von Sternen und Galaxien, beginnend mit einer Gaswolke mehrere hunderttausend Jahre nach dem Urknall. „Unsere Ergebnisse sind in vielerlei Hinsicht überraschend nah an dem, was wir tatsächlich mit Teleskopen beobachten“, erklärt Krupa. Zum Beispiel folgen die Verteilung und Geschwindigkeit von Sternen in computergenerierten Galaxien dem gleichen Muster wie am Nachthimmel. „Außerdem haben unsere Simulationen vor allem zur Entstehung rotierender Scheibengalaxien wie der Milchstraße und fast allen anderen uns bekannten großen Galaxien geführt“, sagt der Wissenschaftler. „Dunkle Materie-Simulationen hingegen erzeugen im Grunde Galaxien ohne separate materielle Scheiben – eine Diskrepanz zu Beobachtungen, die schwer zu erklären sind.“

Berechnungen, die auf der Existenz dunkler Materie beruhen, sind auch sehr empfindlich gegenüber Veränderungen von Parametern wie der Häufigkeit von Supernovae und deren Auswirkung auf die Materieverteilung in Galaxien. Bei der Modellierung von MOND spielten diese Faktoren jedoch kaum eine Rolle.

Die kürzlich veröffentlichten Ergebnisse aus Bonn, Prag und Straßburg stimmen jedoch nicht in jeder Hinsicht. „Unsere Modellierung ist nur der erste Schritt“, betont Krupa. Wissenschaftler haben zum Beispiel bisher sehr einfache Annahmen über die ursprüngliche Verteilung von Materie und Bedingungen im jungen Universum gemacht. „Jetzt müssen wir die Berechnungen wiederholen und komplexere Einflussfaktoren einbeziehen. Dann werden wir sehen, ob die MOND-Theorie wirklich die Realität erklärt."

Die Ergebnisse werden im Astrophysical Journal veröffentlicht.

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