Die Europäische Weltraumorganisation ESA hat den bisher grössten virtuellen Galaxienkatalog veröffentlicht. Der für die Weltraummission Euclid erschaffene Katalog enthält Simulationen von 3,4 Milliarden Galaxien.
«Wir haben ein virtuelles Universum geschaffen, das etwa 10 Milliarden Lichtjahre um die Erde abbildet», erklärte Joachim Stadel von der Universität Zürich (UZH) der Nachrichtenagentur Keystone-SDA. Er war an der Entwicklung des am Montag veröffentlichten Katalogs beteiligt.
Die ESA bezeichnet den Katalog in einer Mitteilung als «Vorgeschmack auf die grösste 3D-Karte des Universums». Die Erstellung dieser bisher grössten und genausten Karte des Universums ist das Ziel der Weltraummission Euclid. Aus diesen Daten erhoffen sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Erkenntnisse über die dunkle Materie ablesen zu können.
Im Sommer 2023 startete das Weltraumteleskop ins All. Sechs Jahre lang soll es den Weltraum untersuchen. Die ESA will so einen Blick in die Vergangenheit des Universums werfen und dessen Entwicklung innerhalb der letzten zehn Milliarden Jahre erforschen. Das Teleskop habe bisher perfekt funktioniert, sagte Stadel. Die Bilder, die es schon aufgenommen habe, seien überwältigend.
Der nun veröffentlichte Katalog mit dem Namen «Flagship 2 Galaxy Mock» simuliert, was das Teleskop Euclid sehen wird. Damit wollen Forschende die Analyse der enormen Datenmenge, die erwartet wird, vorbereiten. Der Katalog dient als eine Art Übungsuniversum für das Teleskop.
Ein solcher Katalog sei unverzichtbar, um schon vor den echten Euclid-Daten zu prüfen, wie gut die Analyseverfahren funktionieren, und um mögliche Schwachstellen zu erkennen, erklärte Stadel.
Zudem helfe er bei der Interpretation der ersten Datenveröffentlichungen der Mission. Forschende können die realen Daten, die Euclid aufnimmt, mit den simulierten Daten vergleichen und so etwaige Unterschiede finden, die auf unbekannte physikalische Phänomene hindeuten könnten.
Um den Katalog zu erstellen, nutzte das Projektteam unter Leitung der spanischen Forschungsistitutionen «Institute of Space Sciences (ICE-CSIC)» und des «Port d'Informació Científica (PIC)» Computermodelle, die von der Universität Zürich entwickelt wurden. Die Simulation geht von einer Art «Ur-Universum» aus, das nur aus dunkler Materie besteht. Die Forschenden berechneten, wie sich vier Billionen Partikel unter ihrer gegenseitigen Gravitation über Milliarden Jahre hinweg bewegen würden. So entstand eine detaillierte Karte der unsichtbaren Materieverteilung.
Aus diesem Rechenmodell filterten sie rund 16 Milliarden sogenannte Halos heraus – Regionen, in denen sich Dunkle Materie zu dichten Klumpen gesammelt hat. In diese Halos setzten sie anschliessend Galaxien ein. Dafür nutzten sie Beobachtungsdaten existierender Himmelskarten, um Eigenschaften wie Helligkeit, Farbe, Form oder Geschwindigkeit möglichst realistisch zuzuordnen. Insgesamt simulierten sie so 3,4 Milliarden Galaxien mit jeweils rund 400 zugeordneten Eigenschaften.
Die Berechnungen wurden 2019 auf dem Supercomputer Piz Daint am Swiss National Supercomputing Centre (CSCS) in Lugano durchgeführt – damals der leistungsstärkste Rechner der Schweiz und einer der schnellsten der Welt. «Wir brauchten praktisch den ganzen Rechner», sagte Stadel.