Das Material präsentiert eine Analyse der hochentwickelten kosmologischen Simulation THIESEN, die von Wissenschaftlern unter anderem des MIT erstellt wurde. Sie simuliert die Evolution des Universums vom „Dunklen Zeitalter“ (ca. 400.000 Jahre nach dem Urknall) bis zu einer Milliarde Jahre nach dem Urknall in einem 300 Millionen Lichtjahre großen Raumbereich. Unter Einsatz des Supercomputers SuperMUC (60.000 Rechenkerne) visualisiert die Simulation die Entstehung der ersten Population-III-Sterne und den entscheidenden Prozess der Re-Ionisation, in dem das Universum von einem opaken, neutralen Zustand in ein transparentes, ionisiertes Medium transformiert wurde.
Wichtigste Punkte & Zeitstempel
0:00 THIESEN-Simulation: Eine am MIT und weiteren Institutionen entwickelte kosmologische Simulation modelliert die Frühphase des Universums während der Kosmischen Morgenröte und der Re-Ionisationsphase.
0:56 Rechenleistung des SuperMUC: Die Simulation des 300 Millionen Lichtjahre großen Volumens nutzte 60.000 Computerkerne und erforderte einen Rechenaufwand, der 3.500 Jahren auf einem Standard-Desktop-Computer entspricht.
1:47 Das Dunkle Zeitalter (Dark Ages): Die Epoche zwischen 380.000 und rund 400 Millionen Jahren nach dem Urknall, in der sich neutraler Wasserstoff bildete, das Universum abkühlte und weitgehend lichtlos sowie undurchsichtig war.
3:02 Population-III-Sterne: Die Entstehung der ersten, extrem massiven und leuchtkräftigen Sterne aus reinem Wasserstoff und Helium, die bis heute ein astrophysikalisches Rätsel darstellen.
4:10 Re-Ionisation: Der Prozess, bei dem die hochenergetische Strahlung der ersten massiven Sterne und Galaxien den neutralen Wasserstoff im intergalaktischen Raum wieder in ionisiertes Gas verwandelte.
7:18 Kosmischer Staub und Lichtausbreitung: Die Simulation zeigt, dass Licht im frühen Universum durch neutralen Wasserstoff stark absorbiert wurde und sich die effektive Reichweite des Lichts erst gegen Ende der Re-Ionisation massiv vergrößerte.
Glossar
Kosmische Morgenröte (Cosmic Dawn): Die Epoche im frühen Universum, in der die allerersten Sterne und Galaxien zündeten und das primordiale Dunkel beendeten.
Re-Ionisation (Reionization): Der kosmische Phasenübergang, bei dem die energiereiche ultraviolette Strahlung der ersten Sterne den neutralen Wasserstoff im Universum ionisierte (Elektronen von Kernen trennte).
Population-III-Sterne: Die hypothetische erste Generation von Sternen im Universum, die ausschließlich aus den Ur-Elementen Wasserstoff und Helium bestanden, keine schwereren Elemente enthielten und extrem massereich waren.
SuperMUC: Ein ehemaliger Höchstleistungsrechner (Supercomputer) am Leibniz-Rechenzentrum in Deutschland, der für komplexe wissenschaftliche Großsimulationen verwendet wurde.
Neutraler Wasserstoff: Ein Zustand des Wasserstoffs, bei dem das Proton und das Elektron fest gebunden sind, wodurch das frühe Universum optisch undurchsichtig (opak) für bestimmte Lichtarten war.
Opazität: Die Undurchsichtigkeit eines Mediums (hier des primordialen Gases) für elektromagnetische Strahlung bzw. Licht.