Wat kun je leren van een gesimuleerd heelal?

Schaye en zijn team simuleerden blokken ruimte met een grootte van 10 bij 10 miljard lichtjaar; dat is de afstand die licht aflegt in 1 jaar tijd. Het is een omvang die zelfs voor een sterrenkundige moeilijk is voor te stellen. Licht reist immers met een snelheid van 300 kilometer per seconde. Dat betekent dat het in een tel 7,5 keer rond de aarde beweegt.

"Ik vind het nog steeds ontzettend mooi om daarover, die enorme afstanden, na te denken", zegt Schaye. "Dat het heelal zoveel groter is dan zelfs ons melkwegstelsel. Er zitten vast in al die andere sterrenstelsels ook allemaal wezentjes na te denken en de ruimte in te kijken."

Het virtuele heelal werd gevuld met een groot aantal deeltjes. Ook stopten de wetenschappers in de computercode alle natuurwetten. Vervolgens starten ze het programma, en zie je de grootschalige structuur van het heelal ontstaan. Dat ziet eruit als een soort kosmisch web. Grotendeels lege holten van elkaar gescheiden door filamenten met een grote dichtheid materie en dus sterrenstelsels.

Het heelal is niet zo klonterig

Flamingo, zoals de simulatie heet, is een stap beter dan zijn voorgangers. Voor het eerst simuleerden wetenschappers niet alleen donkere materie. Hoewel onduidelijk is waaruit dit bestaat, is dat het belangrijkste ingrediënt van het heelal. Maar ook de zichtbare materie – waaruit we zelf bestaan – is toegevoegd. Dat maakt het model wel meteen een stuk ingewikkelder.

Hoewel de simulatie grotendeels overeenkomt met onze eigen waarnemingen van het heelal zijn er ook nog verschillen. Zo is het heelal in de simulaties ‘klonteriger’ dan het echte heelal, de materie zit in het echt minder dicht op elkaar. Hoewel dit wel minder werd door de toevoeging van gewone materie aan het model.

De oorzaak van het resterende verschil is onduidelijk. Mogelijk missen sterrenkundigen nog een ingrediënt van het heelal. Of begrijpen ze de natuurwetten nog niet helemaal.

Draaien aan de knoppen van het heelal

Met de simulatie kan in de toekomst nog veel meer onderzoek worden gedaan. Denk aan het vergelijken van waarnemingen, bijvoorbeeld van de ruimtesonde Euclid, met de uitkomsten van de simulatie. Ook kan in de simulatie een virtuele telescoop worden geplaatst. Zo kunnen sterrenkundigen vergelijken of telescopen op aarde dingen missen als ze het heelal in kijken.

"In de sterrenkunde [kunnen we] niet zomaar even een sterrenstelsel in een laboratorium […] maken", zegt Schaye. "In zo’n simulatie kun je aan de knoppen draaien. Je kan de natuurwetten een beetje veranderen of de samenstelling van het heelal, en dan zien wat er gebeurt." Simulaties vormen zo een verbinding tussen theorie en praktijk.

Wil je precies weten hoe de wetenschappers een virtueel heelal maakten in de computer? Luister dan naar de hele aflevering van Kennis & Co: