Grootste kosmische simulatie ooit: 'Heelal waarin wij aan de knoppen draaien'
Een internationaal team van sterrenkundigen heeft een computersimulatie gemaakt waarin bijna het hele heelal kan worden nagebootst. Dat virtuele heelal wordt gebruikt om kosmische processen beter te begrijpen. Bij het onderzoek zijn ook Nederlandse wetenschappers betrokken.
De simulatie draait op een supercomputer in het Engelse Durham met 30.000 processoren. "We kunnen in een lab niet even een sterrenstelsel vormen", zegt astronoom Joop Schaye van de Universiteit Leiden, een van de betrokken onderzoekers. "Daarom bouwen we een simulatie waarin we wél aan de knoppen kunnen draaien."
Flamingo
De computer bouwt niet daadwerkelijk alle deeltjes in het heelal na. De Flamingo-simulatie (eerdere, kleinere simulaties hadden ook vogelnamen) omvat wel een ongekende hoeveelheid data: 300 miljard testdeeltjes in een virtuele kubus met zijden van tien miljard lichtjaar. Op die manier kunnen sterrenkundigen het grootste deel van het voor ons zichtbare universum nabootsen vanaf kort na de oerknal tot in de verre toekomst.
Sinds de oerknal dijt het heelal uit en klontert de meeste materie samen in sterrenstelsels vol sterren, planeten en andere objecten. Om te snappen hoe die processen werken, maken astronomen al tientallen jaren gebruik van computers. Maar in eerdere simulaties op deze schaal werd niet alle materie nagebootst, legt Schaye uit. Alleen donkere materie en energie werden gesimuleerd. Dat is logisch, want die componenten maken het grootste deel van het universum uit, en hoewel ze niet zichtbaar zijn, hebben ze grote invloed op processen in het heelal.
Maar ook bijvoorbeeld zichtbare materie speelt een rol bij de ontwikkeling van sterrenstelsels en andere kosmische processen. In de nieuwe simulatie zijn ook die meegenomen. "En die gewone materie kunnen we ook makkelijker vergelijken met wat we met telescopen zien in het heelal", zegt Schaye.
Voorbeeld van een simulatie uit het Flamingo-onderzoek van de evolutie van een cluster van sterrenstelsels:
Met het programma is een groot aantal processen nagebootst om meer inzicht te krijgen in kosmische verschijnselen. De resultaten daarvan zijn vandaag gepubliceerd in het vakblad Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Zo onderzochten sterrenkundigen een fenomeen waar nog geen goede verklaring voor is: de mate van klontering van materie in het heelal. Die klontering is minder dan verwacht volgens de huidige theorieën, blijkt uit de computersimulatie.
Sommige astronomen denken dat enorme galactische winden (schokgolven die uit een sterrenstelsel worden weggeblazen) een rol kunnen spelen bij de verminderde samenklontering. Echter, de Flamingo-simulatie wees uit dat die invloed er wel is, maar dat die niet voldoende is om het gebrek aan klonteren te verklaren.
Nog jaren analyseren
Voorlopig worden er geen nieuwe simulaties op de schaal van bijna het hele heelal gedraaid, weet Schaye. Hij verwacht nog wel enkele jaren bezig te zijn met de analyse van de simulaties die tot nu toe nu zijn gedaan.
In de toekomst zullen simulaties als Flamingo een essentiële rol gaan spelen bij de interpretatie van de kolossale hoeveelheden data die nieuwe ruimtetelescopen naar de aarde terugsturen, zoals de Europese EUCLID-telescoop die onlangs is gelanceerd, verwacht de Leidse astronoom. "Dit soort computersimulaties kunnen theorieën over ons universum verbinden met de waargenomen gegevens. Het aantal gegevens is zo enorm dat dat anders niet zou lukken."
