Dynamik in einem Galaxienhaufen - Das Virial-Theorem
Galaxien versammeln sich in der Regel in riesigen Haufenstrukturen (galaxy clusters). Diese Gebilde beinhalten mitunter Hunderte, zuweilen sogar über Tausend Galaxien. Die Positionen dieser Galaxien sind nicht statisch – vielmehr sind sie in ständiger Bewegung. Die Dynamik der Galaxien innerhalb des Clusters hängt entscheidend von der Gesamtmasse des Systems ab. Es hat sich gezeigt (Fritz Zwicky, 1933), dass ohne die Annahme von sehr viel Dunkler Materie ein Galaxienhaufen nicht stabil sein kann.
Dass Virial-Theorem besagt, dass ein System, das sich durch die gegenseitige Gravitation der einzelnen Elemente und deren Bewegung stabilisiert und so ein gebundenes Gesamtsystem darstellt, die folgende Bedingung erfüllt: Die mittlere kinetische Energie aller Teilchen ist gleich der halben mittleren potentiellen Energie des gesamten Systems.
Das Programm erzeugt einen Galaxienhaufen. Die einzelnen Galaxien sind stochastisch im Raum verteilt, wobei die Dichte nach außen hin quadratisch abnimmt (isotherme sphärische Dichteverteilung). Jede Galaxie erhält eine Anfangsgeschwindigkeit, deren Betrag und Richtung zufällig gesetzt sind. Jede Galaxie spürt die Gravitationskräfte aller anderen Galaxien. Das Programm berechnet für jede Galaxie die auf sie wirkende resultierende Gravitationskraft aller anderen Galaxien und ermittelt daraus iterativ die Bewegung, also die neue Position der Galaxie. Die mittlere potentielle und und die mittlere kinetische Energie des Systems wird berechnet und ausgegeben. Man erkennt, dass das Virial-Theorem erfüllt ist, wenn das System sich in einem dynamischen Gleichgewicht befindet.