Wissenschaftler haben mithilfe dreijähriger Supercomputer-Berechnungen simuliert, wie die Milchstraße am Beginn des Universums aussah. Das MEGATRON-Projekt sagt voraus, dass unsere heutige Heimatgalaxie einst aus tausenden kleineren Systemen bestand, und beschreibt in sechs am 30. September im Fachjournal The Open Journal of Astrophysics veröffentlichten Arbeiten die Entstehung von Elementen und Population-III-Sternen.
In ihrer Frühphase sah die Region des heutigen Milchstraßen-Nachbarschaftsgebiets völlig anders aus als heute. Es war eine Ansammlung von tausenden kleineren Galaxien, von denen einige intensiv neue Sterne bildeten, während andere nur aus Gas bestanden oder tote Sterne und Schwarze Löcher enthielten. Dank einer neuen Simulationsreihe eines Forschungsteams unter Leitung von Harley Katz, Assistenzprofessor für Astronomie und Astrophysik an der University of Chicago, lässt sich nun beobachten, wie diese Galaxien im Laufe der Zeit verschmolzen und die bekannte spiralförmige Scheibe bildeten.
Drei Jahre Rechenzeit und das MEGATRON-Projekt
Die Berechnungen liefen drei Jahre lang auf leistungsstarken Supercomputern und stellen das bisher detaillierteste Modell dar, das die Entwicklung einer Galaxie wie der Milchstraße über die ersten Milliarden Jahre nachvollzieht. Die sechs zugehörigen Arbeiten des Projekten mit dem Namen MEGATRON wurden am 30. September in The Open Journal of Astrophysics veröffentlicht.
Was sieht die Milchstraße zu dem Zeitpunkt, den wir als kosmische Morgendämmerung bezeichnen? Zum ersten Mal können wir direkt vorhersagen, wie die frühe Milchstraße für Teleskope wie das Hubble-Weltraumteleskop oder das James-Webb-Weltraumteleskop ausgesehen hätte.
Harley Katz, University of Chicago
Um die Entwicklung des Universums nachzuzeichnen, fütterten die Forscher die Computer mit den physikalischen Naturgesetzen. Im Wesentlichen fügen wir all die Physik ein, die wir für relevant halten – Schwerkraft, Hydrodynamik, Strahlung, Chemie usw. –, lassen sie sich entwickeln und sehen nach, ob sie das reproduziert, was wir tatsächlich sehen, wenn wir uns heute umsehen
, erklärte Katz dazu.
Sterne ohne Sterne und das Rätsel des Eisens
Dabei zeigte sich eine enorme Vielfalt: Einige Systeme zeichnen sich durch rasante Sternentstehung aus, andere befinden sich im Sterben oder sind bereits inaktiv. Als einzigartige Besonderheit sagt das Modell die Existenz von Galaxien voraus, die keinerlei Sterne besitzen und dennoch leuchten – entweder weil dort einst Sterne explodierten oder direkt zu Schwarzen Löchern kollapsierten, oder weil sie stets nur aus Gas bestanden.
Zudem liefert die Simulation eine Erklärung für ein langjähriges Rätsel der Stellarastrophysik. Bislang konnten Modelle nicht abbilden, warum der Eisentrend in extrem lichtschwachen Systemen konstant bleibt, anstatt wie bei größeren Galaxien mit der Masse abzufallen. Als Ursache identifiziert die Simulation Explosionen einer exotischen Sternenart aus der Zeit direkt nach dem Urknall. Diese sogenannten Population-III-Sterne bestehen ausschließlich aus den Urelementen Wasserstoff und Helium und erzeugen bei ihrer Explosion mehr Eisen als andere Supernovae. Kleinere Galaxien verlieren dieses Eisen ins All, während größere es aufgrund ihrer Gravitation festhalten können. Eine der Arbeiten zeigt erstmals die Entstehung solcher Sterne in einer Milchstraßen-Umgebung und sagt vorher, wo sie zu finden sein könnten, um Astronomen die Suche zu erleichtern.
Weiterlesen
