Astronomen haben eine Methode zur Rekonstruktion des Zustands des jungen Universums überprüft und sie mit dem ATERUI II Supercomputer am National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) auf 4.000 simulierte Universen angewandt. Sie stellten fest, dass die Methode zusammen mit neuen Beobachtungen engere Grenzen für die Inflation setzen kann – eines der rätselhaftesten Ereignisse in der Geschichte des Universums. Die Methode kann die Beobachtungszeit verkürzen, die für die Unterscheidung zwischen verschiedenen Inflationstheorien notwendig ist.
Kurz nach dem Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren wurde das Universum in nur einer Billionstel Billionstel Mikrosekunde um mehr als eine Billion Billion Male größer, aber niemand weiß wie oder warum. Diese plötzliche Inflation ist eines der wichtigsten Rätsel in der modernen Astronomie. Die Inflation sollte primordiale Dichtefluktuationen erschaffen haben, die wiederum die Verteilung der Entstehungsorte von Galaxien beeinflusst haben sollten. Deswegen kann die Kartierung der Verteilung von Galaxien Inflationsmodelle ausschließen, die nicht zu den Beobachtungsdaten passen.
Allerdings können auch andere Prozesse als die Inflation die Verteilung von Galaxien beeinflussen, was es schwierig macht, aus Beobachtungen der großräumigen Struktur des Universums (dem kosmischen Netz aus zahllosen Galaxien) Informationen über die Inflation direkt abzuleiten. Insbesondere das durch die Gravitation vorangetriebene Wachstum von Galaxiengruppen kann die primordialen Dichtefluktuationen verdecken.
Ein Forschungsteam unter Leitung von Masato Shirasaki, einem Assistenzprofessor am NAOJ und am Institute of Statistical Mathematics, dachte daran, eine Rekonstruktionsmethode anzuwenden, um die Uhr zurückzudrehen und die gravitativen Effekte aus der großräumigen Struktur zu entfernen. Dafür nutzten die Wissenschaftler den für astronomische Simulationen schnellsten Supercomputer der Welt – ATERUI II –, um 4.000 simulierte Universen zu erschaffen und sie sich durch gravitativ vorangetriebenes Wachstum entwickeln zu lassen. Dann wandten sie diese Methode an, um zu sehen, wie gut sie den Anfangszustand der Simulationen rekonstruierte. Das Team stellte fest, dass seine Methode die gravitativen Effekte korrigieren und die Grenzen für primordiale Dichtefluktuationen verbessern kann.
“Wir sahen, dass diese Methode sehr effektiv ist”, sagte Shirasaki. “Mit dieser Methode können wir Inflationstheorien mit ungefähr einem Zehntel der Datenmenge verifizieren. Diese Methode kann die erforderliche Beobachtungszeit für kommende Galaxien-Beobachtungsmissionen verkürzen, beispielsweise den SuMIRe-Survey des Subaru-Teleskops.”
Diese Ergebnisse wurden von Masato Shirasaki et al. unter dem Titel “Constraining Primordial Non-Gaussianity with Post-reconstructed Galaxy Bispectrum in Redshift Space” im Journal Physical Review D veröffentlicht, erschienen am 4. Januar 2021.
(THK)
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