Simon White mit Gruber-Kosmologie-Preis ausgezeichnet

Der Direktor am Max-Planck-Institut für Astrophysik wird für seine Simulationen zur Entwicklung des Universums geehrt

Simon White erhält den Kosmologie-Preis der Peter and Patricia Gruber Foundation. Der Direktor am Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching teilt sich die mit 500.000 US-Dollar dotierte Auszeichnung zu gleichen Teilen mit Marc Davis, Professor am Astronomie- und Physik-Department der Universität Kalifornien in Berkeley, George Efstathiou, Direktor des Kavli Instituts für Kosmologie in Cambridge, und Carlos Frenk, Direktor des Instituts für numerische Kosmologie an der Universität Durham. Geehrt werden die Forscher für „ihre bahnbrechenden Simulationen zur Modellierung und Erklärung der großräumigen Verteilung der Materie im Universum“. Das Preisgeld sowie eine Goldmedaille werden im Herbst überreicht.

Im Jahr 1981 leitete Marc Davis den Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics Survey. Im Zuge dieser Kampagne beobachteten die Forscher 2400 Galaxien bei unterschiedlichen Entfernungen. Dieser außergewöhnliche Zensus deutete auf das hin, was heute das „kosmische Netz“ genannt wird: Galaxien gruppieren sich in länglichen Filamenten oder Superhaufen und sind von großen Hohlräumen getrennt.

Zwei konkurrierende Theorien versuchten zu erklären, wie sich Materie auf diese Weise zusammenballen konnte. Beide Modelle enthielten als wichtige Zutat die Dunkle Materie: In der Theorie der „heißen Dunklen Materie“ bewegten sich die Teilchen in frühen Zeiten mit nahezu Lichtgeschwindigkeit und ließen die normale Materie zurück. Demgegenüber fielen die langsameren Teilchen in der Theorie der „kalten Dunklen Materie“ zusammen und bildeten die Halos von Galaxien, wobei sie die normale Materie mitnahmen.

Um diese beiden Theorien zu testen, mussten die Astronomen die Entwicklung des Universums über Milliarden Jahre hinweg simulieren. George Efstathiou passte eine numerische Methode aus einem anderen Bereich der Physik an und konnte so ein Programm für die Kosmologie erstellen, das dann von Marc Davis, Carlos Frenk und Simon White genutzt wurde. Die Wissenschaftler zeigten dabei, dass ein simuliertes Universum, das auf der heißen Dunklen Materie basierte, mit dem oben erwähnten Survey überhaupt nicht in Einklang zu bringen war.

In fünf richtungsweisenden Veröffentlichungen von 1985 bis 1988 zeigten Davis, Efstathiou, Frenk und White, dass die Beobachtungen der Galaxien, Haufen, Filamente und Hohlräume vielmehr zu einem Universum passten, das sich unter dem Einfluss von kalter Dunkler Materie entwickelt hatte.

Kalte dunkle Materie (kurz CDM) ist heute eines der zwei Hauptbestandteile des Standardmodells der Kosmologie. Der andere ist die beschleunigte Ausdehnung des Universums – eine Entdeckung aus den späten 1990er-Jahren, welche die Simulationen der vier Astronomen bereits vorhergesagt hatten.

Heute ergibt die Übereinstimmung von Beobachtung und Theorie, dass das Universum zu 4,6 Prozent aus herkömmlicher Materie besteht, zu 23,3 Prozent aus Dunkler Materie und zu 72,1 Prozent aus Dunkler Energie, die für die beschleunigte Ausdehnung verantwortlich ist. Numerische Simulationen, wie sie Davis, Efstathiou, Frenk und White erstmals entwickelt haben, zeigen, dass ein Universum mit dieser erstaunlich genauen und doch sehr seltsamen Zusammensetzung wirklich exakt jene Strukturen hervorbringt, die wir um uns sehen.

(HAE / HOR)