Virtuelle Zwillinge der Milchstraße geschaffen, um die Natur der Dunklen Materie zu verstehen

Wissenschaftler der University of Southern California, der University of California in San Diego, des Carnegie Observatory und anderer Forschungsinstitute haben ein fortschrittliches Werkzeug zur Modellierung Dunkler Materie entwickelt . Das Projekt COZMIC (Cosmological Zoom-in Simulations with Initial Conditions beyond Cold Dark Matter) ermöglicht die Generierung von Computer-Doppelgalaxien wie der Milchstraße mit verschiedenen Eigenschaften der unsichtbaren Materie.

COZMIC ermöglicht den ersten direkten Vergleich der Auswirkungen verschiedener Hypothesen über die Natur der Dunklen Materie auf die galaktische Struktur. Das Team führte eine Reihe von Computerexperimenten auf Supercomputern durch und testete alternative Modelle – von Teilchen, die im frühen Universum mit baryonischer Materie wechselwirken, bis hin zu Dunkler Materie mit inneren Kräften oder aus mehreren Komponenten bestehend.

Innerhalb jedes Modells variierten die Forscher Masse, Geschwindigkeit und Wechselwirkungsfähigkeit der Teilchen – sowohl innerhalb ihrer eigenen Spezies als auch mit gewöhnlicher Materie. Dadurch erhielten sie ein Spektrum galaktischer Strukturen zum Vergleich mit astronomischen Beobachtungen. Ein besonderer Schwerpunkt lag auf Zwerggalaxien – laut den Autoren sind diese Systeme am anfälligsten für die Mikrophysik der Dunklen Materie und dienen als Testfeld zur Überprüfung von Theorien.

Eines der Ziele des Projekts ist es, die Einschränkungen des Standardmodells zu überwinden, das Dunkle Materie als kalt und inaktiv betrachtet. Wie Studienleiterin Vera Glushevich (USC) erklärte, sei es erstmals gelungen, realistische Galaxien unter grundlegend anderen physikalischen Gesetzen zu modellieren – und die Ergebnisse mit Teleskopdaten zu vergleichen. Die Ergebnisse der Arbeit werden in Veröffentlichungen des Astrophysical Journal vorgestellt.

Im nächsten Schritt werden die Simulationen detailliert mit beobachteten Sternensystemen verglichen, um charakteristische Unterschiede und Merkmale bestimmter Modelle zu identifizieren. Dieser Schritt könnte den Weg zum Verständnis der Natur der Substanz, die 85 % der kosmischen Materie ausmacht, und ihrer Rolle bei der Gestaltung der großräumigen Struktur des Universums deutlich verkürzen.

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