Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mit künstlicher Intelligenz zum Ursprung des Universums

24.09.2012
Dem Astrophysiker Francisco Kitaura vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) ist es gelungen, den kosmischen Ursprung für die Verteilung von Galaxien auf großen Skalen schärfer denn je einzugrenzen.
Kitauras Methode könnte sich als bahnbrechend für die Erforschung der Entwicklung des Universums auf großen Skalen und das Verständnis der Galaxienverteilung im Raum erweisen.

Um die Entwicklung des Universums nachzuvollziehen, durchmustern Großteleskope regelmäßig und kontinuierlich den Nachthimmel. Was sie finden, sind Abertausende von Galaxien, die sich in bestimmte Strukturen anordnen und das sogenannte kosmische Netz bilden. Astronomen gehen jedoch davon aus, dass die leuchtenden Objekte, die sie im Nachthimmel beobachten, nur ein Fünftel der Materie im Universum ausmachen.
Der größte Teil der Materie strahlt nicht und wird daher als Dunkle Materie bezeichnet. Zusätzlich gibt es eine dominierende Dunkle-Energie-Komponente, – etwa 70 Prozent der gesamten Energie im Universum - die für die beschleunigte Expansion des Universums verantwortlich ist. Dieses Modell nennen Astrophysiker das LCDM-Modell und versuchen es immer aufs Neue zu überprüfen, da weder die Dunkle Materie noch die Dunkle Energie direkt beobachtet worden sind.

Die Messung der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, die durch den Urknall ausgelöst wurde, ermöglicht den Astronomen die Bewegung der Lokalen Gruppe von Galaxien - zu der unsere Galaxie gehört - zu messen. Astrophysiker versuchen, die Bewegung der Lokalen Gruppe durch die Anziehungskraft der umliegenden Dunklen Materie zu erklären, können dabei allerdings nur auf ihre Beobachtungen der sichtbaren Galaxienverteilung zurückgreifen.

Supergalactic plot of the Cosmic Web Structure: A slice through the three dimensional Local Universe with side 370 Million light years is shown. The red circles represent observed galaxies from the 2MRS survey. The blue circles are random galaxies filled in the so-called zone of avoidance. The light and dark colour code stands for the density field reconstruction using the KIGEN artificial intelligence code. (AIP)

Die grundlegende Schwierigkeit dieses Projekts schildert der Potsdamer Wissenschaftler wie folgt: „Aufschluss über die Verteilung der Dunklen Materie und deren Dynamik anhand der Galaxienverteilung zu gewinnen gleicht dem Versuch, aus der Satellitenaufnahme der Erde bei Nacht, auf der man allein die Lichter der stark besiedelten Regionen sieht, ein geographisch genaues Abbild unseres Planeten zu formen. Und das nicht nur zum heutigen Zeitpunkt sondern auch zu einem vergangenen, als die Kontinente noch zusammenhingen, um gleichzeitig die Kontinentalverschiebung zu bestimmen.“

Kitaura entwickelte einen Algorithmus der sich künstliche Intelligenz zu Nutzen macht. Die Methode spielt iterativ generierte Anfangsfluktuationen und die daraus resultierende Strukturentstehung in einem selbstlernenden Prozess durch. Die Ergebnisse werden dann mit der tatsächlichen Galaxienverteilung im Universum abgeglichen. So können durch das Verfahren auch die Bewegungsrichtung und Geschwindigkeitsfelder von Galaxien bestimmt werden.

„Unsere genauen Rechnungen zeigen, dass die Bewegungsrichtung und 80 Prozent des Geschwindigkeitsbetrags der Lokalen Gruppe durch die Materieverteilung innerhalb eines Radius von etwa 370 Millionen Lichtjahren in Übereinstimmung mit dem LCDM Modell erklärt werden können.“ sagt Kitaura, der die Studie geleitet hat. „Um die restlichen 20 Prozent zu erklären, müssen wir noch berücksichtigen, dass die Dynamik theoretisch von kosmischen Strukturen aus etwa 460 Millionen Lichtjahren Entfernung beeinflusst werden kann. Die Zeit, die man bräuchte, um diese Distanzen in Lichtgeschwindigkeit zu überbrücken, entspricht der Zeit, die seit der Ära der Dinosaurier bis ins Jahr 2012 vergangen ist – allerdings mehr als zweimal.“

Kitauras Verfahren ist die erste in sich konsistente Methode einer parallelen Rekonstruktion der Anfangsdichtefluktuationen des heutigen kosmischen Netzes und der Geschwindigkeitsfelder, die kompatibel mit der dreidimensionalen Verteilung der Galaxien in unserem lokalen Universum ist. Die Methode findet bereits jetzt innerhalb eines internationalen Teams weitere Anwendung, um mit bisher unerreichter Genauigkeit die Entwicklung des lokalen Universums auf Supercomputern zu simulieren und somit Rückschlüsse auf die Entstehung unserer Umgebung und unserer eigenen Galaxie zu ziehen.

Francisco Kitaura forscht seit Juli 2011 als Karl-Schwarzschild-Fellow am Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam. Seine Forschungsinteressen umfassen die Strukturentstehung im Universum und deren statistische Charakterisierung. Die Publikation ist online auf http://arxiv.org/abs/1205.5560 veröffentlicht und erscheint in Kürze in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).
Wissenschaftlicher Kontakt
Dr. Francisco-Shu Kitaura, 0331-7499 447, fkitaura@aip.de
Forschung, Bilder, Movies: http://www.aip.de/Members/fkitaura
Pressekontakt
Kerstin Mork, 0331-7499 469, presse@aip.de

Kerstin Mork | idw
Weitere Informationen:
http://arxiv.org/abs/1205.5560
http://www.aip.de/Members/fkitaura

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Hannoveraner Physikerteam sagt neue Moleküle aus Licht voraus
26.02.2020 | Leibniz Universität Hannover

nachricht Wie groß das Neutron ist
26.02.2020 | Ruhr-Universität Bochum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wissenschaftler beleuchten aktuellen Stand der Anwendung des Maschinenlernens bei Forschung an aktiven Materialien

Verfahren des Maschinenlernens haben durch die Verfügbarkeit von enormen Datenmengen in den vergangenen Jahren einen großen Zuwachs an Anwendungen in vielen Gebieten erfahren: vom Klassifizieren von Objekten, über die Analyse von Zeitreihen bis hin zur Kontrolle von Computerspielen und Fahrzeugen. In einem aktuellen Review in der Zeitschrift „Nature Machine Intelligence“ beleuchten Autoren der Universitäten Leipzig und Göteborg den aktuellen Stand der Anwendung und Anwendungsmöglichkeiten des Maschinenlernens im Bereich der Forschung an aktiven Materialien.

Als aktive Materialien bezeichnet man Systeme, die durch die Umwandlung von Energie angetrieben werden. Bestes Beispiel für aktive Materialien sind biologische...

Im Focus: Computersimulationen stellen bildlich dar, wie DNA erkannt wird, um Zellen in Stammzellen umzuwandeln

Forscher des Hubrecht-Instituts (KNAW - Niederlande) und des Max-Planck-Instituts in Münster haben entdeckt, wie ein essentielles Protein bei der Umwandlung von normalen adulten humanen Zellen in Stammzellen zur Aktivierung der genomischen DNA beiträgt. Ihre Ergebnisse werden im „Biophysical Journal“ veröffentlicht.

Die Identität einer Zelle wird dadurch bestimmt, ob die DNA zu einem beliebigen Zeitpunkt „gelesen“ oder „nicht gelesen“ wird. Die Signalisierung in der Zelle,...

Im Focus: Bayreuther Hochdruck-Forscher entdecken vielversprechendes Material für Informationstechnologien

Forscher der Universität Bayreuth haben ein ungewöhnliches Material entdeckt: Bei einer Abkühlung auf zwei Grad Celsius ändern sich seine Kristallstruktur und seine elektronischen Eigenschaften abrupt und signifikant. In diesem neuen Zustand lassen sich die Abstände zwischen Eisenatomen mithilfe von Lichtstrahlen gezielt verändern. Daraus ergeben sich hochinteressante Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Informationstechnologien. In der Zeitschrift „Angewandte Chemie – International Edition“ stellen die Wissenschaftler ihre Entdeckung vor. Die neuen Erkenntnisse sind aus einer engen Zusammenarbeit mit Partnereinrichtungen in Augsburg, Dresden, Hamburg und Moskau hervorgegangen.

Bei dem ungewöhnlichen Material handelt es sich um ein Eisenoxid mit der Zusammensetzung Fe₅O₆. In einem Hochdrucklabor des Bayerischen Geoinstituts (BGI),...

Im Focus: Von China an den Südpol: Mit vereinten Kräften dem Rätsel der Neutrinomassen auf der Spur

Studie von Mainzer Physikern zeigt: Experimente der nächsten Generation versprechen Antworten auf eine der aktuellsten Fragen der Neutrinophysik

Eine der spannendsten Herausforderungen der modernen Physik ist die Ordnung oder Hierarchie der Neutrinomassen. Eine aktuelle Studie, an der Physiker des...

Im Focus: High-pressure scientists in Bayreuth discover promising material for information technology

Researchers at the University of Bayreuth have discovered an unusual material: When cooled down to two degrees Celsius, its crystal structure and electronic properties change abruptly and significantly. In this new state, the distances between iron atoms can be tailored with the help of light beams. This opens up intriguing possibilities for application in the field of information technology. The scientists have presented their discovery in the journal "Angewandte Chemie - International Edition". The new findings are the result of close cooperation with partnering facilities in Augsburg, Dresden, Hamburg, and Moscow.

The material is an unusual form of iron oxide with the formula Fe₅O₆. The researchers produced it at a pressure of 15 gigapascals in a high-pressure laboratory...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

CLIMATE2020 – Weltweite Online-Klimakonferenz vom 23. bis 30. März 2020

26.02.2020 | Veranstaltungen

Automatisierung im Dienst des Menschen

25.02.2020 | Veranstaltungen

Genomforschung für den Artenschutz - Internationale Fachtagung in Frankfurt

25.02.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Bonner Mediziner etablieren weltweit neues, leicht tragbares Ultraschallsystem aus den USA für die Lehre am Krankenbett

27.02.2020 | Medizintechnik

Gegen multiresistente Tuberkulose-Erreger: Mit künstlicher Intelligenz neuen Wirkstoffkombinationen auf der Spur

27.02.2020 | Medizin Gesundheit

Mikro-Überlebenskünstler: Archaeen bewältigen biologische Methanisierung trotz Asche und Teer

27.02.2020 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics