Einer der Erfolge des ΛCDM-Modells des Universums ist die Fähigkeit von Modellen, Strukturen mit Skalen und Verteilungen zu erstellen, die denen ähneln, die wir heute im Universum sehen. Zumindest sagen uns das Astronomen. Während Computersimulationen numerische Universen in einer Box nachbilden können, ist die Interpretation dieser mathematischen Näherungen an sich schon eine Herausforderung. Um die Komponenten des simulierten Weltraums zu identifizieren, mussten Astronomen Werkzeuge entwickeln, um nach Strukturen zu suchen. Das Ergebnis sind seit 1974 fast 30 unabhängige Computerprogramme. Jedes verspricht, die sich bildende Struktur im Universum aufzudecken, indem es Regionen findet, in denen sich Halos aus dunkler Materie bilden. Um diese Algorithmen zu testen, wurde im Mai 2010 in Madrid, Spanien, eine Konferenz mit dem Titel „Haloes going MAD“ veranstaltet, bei der 18 dieser Codes getestet wurden, um zu sehen, wie gut sie sich stapeln.
Numerische Simulationen für Universen, wie das berühmte Millennium-Simulation Beginnen Sie mit nichts anderem als „Partikeln“. Während diese im kosmologischen Maßstab zweifellos klein waren, stellen solche Teilchen Klumpen dunkler Materie mit Millionen oder Milliarden Sonnenmassen dar. Im Laufe der Zeit dürfen sie nach Regeln interagieren, die mit unserem besten Verständnis der Physik und der Natur solcher Materie übereinstimmen. Dies führt zu einem sich entwickelnden Universum, aus dem Astronomen die komplizierten Codes verwenden müssen, um die Ansammlungen dunkler Materie zu lokalisieren, in denen sich Galaxien bilden würden.
Eine der Hauptmethoden, die solche Programme verwenden, besteht darin, nach kleinen Überdichten zu suchen und dann eine kugelförmige Schale darum herum wachsen zu lassen, bis die Dichte auf einen vernachlässigbaren Faktor abfällt. Die meisten werden dann die Partikel innerhalb des Volumens, die nicht gravitativ gebunden sind, beschneiden, um sicherzustellen, dass der Erkennungsmechanismus nicht nur eine kurze, vorübergehende Ansammlung erfasst, die mit der Zeit auseinanderfällt. Andere Techniken beinhalten das Durchsuchen anderer Phasenräume nach Teilchen mit ähnlichen Geschwindigkeiten, die alle in der Nähe sind (ein Zeichen dafür, dass sie gebunden sind).
Um zu vergleichen, wie die einzelnen Algorithmen abgeschnitten haben, wurden sie zwei Tests unterzogen. Die erste beinhaltete eine Reihe von absichtlich erzeugten Halos aus dunkler Materie mit eingebetteten Subhalos. Da die Partikelverteilung absichtlich platziert wurde, sollte die Ausgabe der Programme das Zentrum und die Größe der Halos korrekt finden. Der zweite Test war eine vollwertige Universumssimulation. Dabei wäre die tatsächliche Verteilung nicht bekannt, aber die schiere Größe würde es ermöglichen, verschiedene Programme auf demselben Datensatz zu vergleichen, um zu sehen, wie ähnlich sie eine gemeinsame Quelle interpretierten.
In beiden Tests schnitten alle Finder im Allgemeinen gut ab. Im ersten Test gab es einige Unstimmigkeiten, je nachdem, wie verschiedene Programme die Position der Halos definiert haben. Einige definierten es als den Spitzenwert der Dichte, während andere es als Massenzentrum definierten. Bei der Suche nach Sub-Halos schienen diejenigen, die den Phasenraum-Ansatz verwendeten, in der Lage zu sein, kleinere Formationen zuverlässiger zu erkennen, erkannten jedoch nicht immer, welche Partikel im Klumpen tatsächlich gebunden waren. Für die vollständige Simulation stimmten alle Algorithmen außergewöhnlich gut überein. Aufgrund der Natur der Simulation wurden kleine Maßstäbe nicht gut dargestellt, sodass das Verständnis dafür, wie jede einzelne diese Strukturen erkennt, begrenzt war.
Die Kombination dieser Tests begünstigte keinen bestimmten Algorithmus oder keine andere Methode. Es zeigte sich, dass beide im Allgemeinen gut miteinander funktionieren. Die Fähigkeit, so viele unabhängige Codes mit unabhängigen Methoden zu erstellen, bedeutet, dass die Ergebnisse äußerst robust sind. Das von ihnen weitergegebene Wissen darüber, wie sich unser Verständnis des Universums entwickelt, ermöglicht es Astronomen, grundlegende Vergleiche mit dem beobachtbaren Universum anzustellen, um solche Modelle und Theorien zu testen.
Die Ergebnisse dieses Tests wurden zusammengestellt in ein Papier die in einer kommenden Ausgabe der Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht werden soll.
