Die "Gang of Four" erhält Gruber Cosmology-Preisgeld in Höhe von 500.000 USD für Nachstellung der Ausbreitung des Universums

NEW YORK, June 2, 2011 /PRNewswire/ --

Vier Astronomen, die einen Weg gefunden haben, die Entstehung des Universums nachzuahmen, sind die Gewinner des Cosmology-Preises 2011 der Peter and Patricia Gruber Foundation. Marc Davis, Professor für Astronomie und Physik an der University of California in Berkeley; George Efstathiou, Direktor des Kavli Institute for Cosmology in Cambridge; Carlos Frenk, Direktor des Institute for Computational Cosmology der Durham University und Simon White, einer der Direktoren Max Planck-Instituts für Astrophysik in Garching (Deutschland) teilen sich das Preisgeld in Höhe von 500.000 USD.

In der offiziellen Erwähnung werden die Astronomen -- von ihren Kollegen auch freundschaftlich als "Gang of Four" ("Vierergruppe") bezeichnet und oft als DEFW abgekürzt -- für ihre "wegweisende Nutzung numerischer Simulation zur Nachstellung und Interpretation der grossflächigen Ausbreitung von Materie im Universum" geehrt. Der Gruber-Preis zeichnet sowohl die Entdeckungsmethode, die DEFW entworfen haben, als auch die daraus folgenden Entdeckungen des Teams aus.

Davis, Efstathiou, Frenk und White erhalten anlässlich einer Zeremonie in diesem Herbst jeder einen gleichen Anteil des Preisgelds sowie eine goldene Medaille. Ausserdem werden sie einen Vortrag halten.

Astronomen haben uns von jeher gesagt, wie das Universum aufgebaut ist. Theoretiker haben sich von jeher den darüber Kopf zerbrochen, wie es wohl dazu gekommen sein könnte. Doch erst im Zeitalter des Computers konnten Wissenschaftler, die die Evolution des gesamten Universums erforschten, die einzelnen Gedanken der Gelehrten und die offensichtlichen Spuren zusammenfügen.

Der besondere Beweis, der die Forscher zur Schaffung des DEFW-Teams motivierte, war eine Studie des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics von 2400 Galaxien in unterschiedlicher Distanz zur Erde 1981 -- für die damalige Zeit eine ungewöhnliche Studie dazu, wie die grossen Dimensionen des Himmels aussehen. (Davis leitete das Projekt.) Die CfA-Studie ergab einen ersten Hinweis auf das heute sogenannte "kosmische Netz" -- Galaxien, die wie lange Fäden, oder so genannte Superhaufen, welche von riesigen Hohlräumen getrennt sind, angeordnet sind.

Es kursierten zwei konkurrierende Theorien darüber, wie sich Materie in dieser Weise hatte zusammenfügen können. Beide Theorien zogen die Existenz dunkler Materie in Betracht, einer rätselhaften Substanz, die Astronomen bereits in den 1970er Jahren als unbestreitbares Element im kosmischen Puzzle akzeptiert hatten, wodurch die Bewegungen der Galaxien erklärt werden konnten, die andernfalls mit den Gesetzen der Physik nicht vereinbar gewesen wären. Bei einer Theorie handelte es sich um "heisse dunkle Materie" - "heiss", da sich die Partikel zu Beginn mit einer Geschwindigkeit fortbewegten, die der Lichtgeschwindigkeit nahe kommt. Solche schnellen Partikel liessen die "reguläre" Materie hinter sich, aus der sich Galaxien bildeten, und die sich so nicht um sie herum verklumpen konnte. Die andere Theorie lautete "kalte dunkle Materie". Hierbei handelte es sich um relativ schwerfällige Partikel, die sich zu Galaxienhalos zusammengeschlossen hatten und so die reguläre Materie mit sich zogen.

Die Studie des Center for Astrophysics gab Astronomen die Möglichkeit, beide Theorien zu testen -- jedoch nur dann, wenn sie herausfinden konnten, wie die Bildung des Universums im Laufe von Milliarden von Jahren nachgebildet werden kann.

Hier kommt die Gang of Four ins Spiel. Obwohl bereits andere Astronomen mit Mehrkörpersimulation gearbeitet hatten (im Englischen N-Body-Simulation genannt, da sie eine Anzahl von Punkten, N, verfolgt, von denen jeder eine Massenkonzentration darstellt), konnte ihr Kode keinen N darstellen, der gross genug war, um die Dimensionen des Universums zu simulieren. Efstathiou jedoch ging davon aus, dass ein Kode zur Simulation ionischer Mikrokristalle verwendet werden könne. So übernahm er diese für die Kosmologie, und Davis, Frenk und White verwendeten diesen Kode, um darzustellen, dass ein simuliertes Universum auf der Basis der Theorie der heissen dunklen Materie nicht im Entferntesten mit den CfA-Beobachtungen übereinstimmten.

Dann zeigten Davis, Efstathiou, Frenk und White anhand von fünf bedeutenden Papers zwischen 1985 und 1988, dass die Beobachtungen der Galaxien, Materienhaufen, Fäden und Löcher mit einem simulierten Universum übereinstimmten, das sich durch den Einfluss der kalten, dunklen Materie entwickelt hatte.

"Die Papers von DEFW läuteten eine neue Ära ein, in der numerische Simulationen zum Standard bei kosmologischen Studien wurden", erklärte Wendy Freedman, Crawford H. Greenewalt, Vorsitzender und Leiter der Observatories der Carnegie Institution in Washington und Vorsitzender des Auswahlgremiums für den Gruber Cosmology-Preis 2011.

Kalte, dunkle Materie (oder CDM) ist heute eine der beiden Schlüsselkomponenten des kosmologischen Standardmodells. Die andere Komponente ist die Beschleunigung der Entwicklung des Universums, eine Entdeckung, die in den späten 1990er Jahren gemacht wurde und die durch die Simulationen von DEFW absehbar war. Wissenschaftler bezeichnen die Quelle für die Beschleunigung mit dem mathematischen Symbol Lambda, doch sie ist in Anlehnung an den Begriff dunkle Materie besser bekannt als "Dunkle Energie".

Noch weiss niemand, was dunkle Materie oder dunkle Energie wirklich ist. Doch je umfangreicher und detaillierter die Beobachtungen des Universums werden, desto mehr wird Lambda-CDM zu einem Standardmodell in der Kosmologie. Die Kombination heutiger Forschung und Theorien weist darauf hin, dass das Universum aus 4,6 Prozent "normaler" Materie, 23,3 Prozent dunkler Materie und 72,1 Prozent dunkler Energie besteht. Numerische Simulationen dieser Art, die DEFW als erste lieferten, zeigen, dass ein Universum mit dieser erstaunlich präzisen und dennoch seltsamen Zusammensetzung doch Strukturen entwickelt, die uns so fremd nicht sind.

Zusätzliche Informationen

Die offizielle lobende Erwähnung lautet folgendermassen:

Die Peter and Patricia Gruber Foundation freut sich, den Cosmology-Preis 2011 an Marc Davis, George Efstathiou, Carlos Frenk und Simon White für deren bahnbrechende Verwendung numerischer Simulationen zur Nachbildung und Interpretation der grossflächigen Anordnung von Materie im Universum zu übergeben.

Kosmologische Simulationen erlauben eine direkte Konfrontation zwischen Beobachtung und Theorie, und sie haben die Art und Weise, wie wir das Wachstum der Struktur im Universum wahrnehmen und darstellen, verändert.

Die Arbeit der Professoren Davis, Efstathiou, Frenk und White verleiht der Theorie zur "kalten dunklen Materie" als die dominante Form von Materie in unserem Universum einen grossen Schub und ist daher für die Darstellung unseres aktuellen Bilds des Kosmos von höchster Bedeutung.

Das internationale Auszeichnungsprogramm von Gruber ehrt zeitgenössische Individuen in den Bereichen Kosmologie, Genetik, Neurowissenschaft, Recht und Frauenrechte, deren bahnbrechende Forschung neue Modelle bietet, die bedeutende Fortschritte für Wissen und Kultur bedeuten. Das Auswahlgremium wählte Individuen aus, deren Beiträge in ihren jeweiligen Bereichen unseren Wissensbereich erweitern und einen tiefgreifenden Einfluss auf unser Leben haben, und die, so wie im Falle der Preise für recht und Frauenrechte, Mut und Einsatz hinsichtlich grosser Hürden zeigen.

Die Peter and Patricia Gruber Foundation ehrt und unterstützt herausragende Leistungen, soziale Gerechtigkeit und wissenschaftliche Leistungen, die das Leben der Menschen verbessern. Weitere Informationen zu den Vorgaben und Prioritäten der Stiftung finden Sie unter http://www.gruberprizes.org.

    
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