Forschung zu Kollisionen von Schwarzen Löchern: Europas schnellste Supercomputer ermöglichen Simulation

Ziel der Berechnungen ist die direkte Beobachtung der Gravitationswellen, die bei der Verschmelzung Schwarzer Löcher abgestrahlt werden. Gravitationswellen sind Vibrationen der Raumzeit, die – ebenso wie Schwarze Löcher – von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt werden, aber noch nicht direkt nachgewiesen wurden. "Unser gesamtes Wissen über den Kosmos stammt von der Beobachtung elektromagnetischer Wellen wie Licht, Radiowellen, oder Röntgenstrahlen. Die Beobachtung von Gravitationswellen wird uns ein neues Fenster zum Universum öffnen, das auch über seine 'dunkle Seite' Auskunft geben wird: Schwarze Löcher, die ersten Sekunden des Universums, oder dunkle Materie", so Michael Pürrer, Postdoc der Gravitationsgruppe an der Fakultät für Physik der Universität Wien.

Internationales Detektoren-Netzwerk für Gravitationswellen
Im vergangenen Jahrzehnt wurde ein Netzwerk von Gravitationswellendetektoren errichtet, bestehend aus dem amerikanischen LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory), dem französisch-italienisch Virgo und dem britisch-deutschen GEO600. Ehrgeiziges Ziel ist die erste direkte Beobachtung der schwer zu fassenden Gravitationswellen. Diese Vibrationen der Raumzeit werden über die Laufwege von Laserstrahlen durch die kilometerlangen Vakuumröhren der Detektoren gemessen. Damit ist es möglich, Längenänderungen aufzulösen, die kleiner sind als der Durchmesser von Protonen oder Neutronen, den Bestandteilen der Atomkerne.

Einsteinsche Gravitationstheorie auf dem Prüfstand
Die genaue Vorhersage der Gravitationswellen durch Computersimulationen wird helfen, das Signal von zwei Schwarzen Löchern aus dem Rauschen der Detektoren herauszufiltern und zu analysieren sowie die Quelle der Signale zu identifizieren. Die Früchte ihrer Arbeit erwarten die ForscherInnen ab 2015, wenn die nächste Generation von Gravitationswellendetektoren ihren Betrieb aufnehmen wird. Die Ergebnisse des laufenden Projekts werden dann zur Beantwortung von wichtigen offenen Fragen beitragen. Beispielsweise ob die Objekte, die in diesen kosmischen Kollisionen erzeugt werden, wirklich Schwarze Löcher sind oder exotischere Objekte wie nackte Singularitäten. "Des Weiteren werden wir imstande sein zu testen, ob die Einsteinsche Gravitationstheorie korrekt ist oder ob sie durch eine weitergehende Theorie von Raum und Zeit zu ersetzen ist – so wie einst die Newtonsche Gravitation durch die Einsteinsche abgelöst wurde", so Sascha Husa, Projekteiter an der Universität in Mallorca und ehemaliger Mitarbeiter in der Wiener Gravitationsgruppe.

PRACE – europäisches Supercomputer-Netzwerk
Die PRACE-Infrastruktur bietet Europäischen WissenschaftlerInnen Zugang zu Supercomputern von Weltrang. PRACE steht für "Partnership for Advanced Computing in Europe" und hat ihren Sitz in Brüssel. Forschungsprojekte werden in einem kompetitiven Peer-Review-Prozess ausgewählt. Im Moment stellt PRACE drei Weltklasse-Supercomputer zur Verfügung, von denen jeder eine Rechenleistung von einem Petaflop erbringen kann, also eine Billiarde arithmetische Operationen pro Sekunde. Die erste Maschine in diesem Netzwerk, die deutsche Jugene, läuft seit 2010. Heuer haben die französische Maschine Curie und das deutsche System Hermit ihren Betrieb aufgenommen. Weitere Computer im PRACE-Netzwerk sind in Deutschland, Spanien und Italien geplant.

Vienna Scientific Cluster unterstützt ForscherInnen in Wien
Für die ForscherInnen der Gravitationsgruppe ist auch die Unterstützung durch den Wiener Supercomputer, den kürzlich ausgebauten Vienna Scientific Cluster (VSC), essentiell. Der von der Universität Wien, der TU Wien und der Universität für Bodenkultur gemeinsam genutzte Rechner bringt es auf 135,6 Teraflops pro Sekunde.

Internationales Team von WissenschafterInnen
Das Forschungsteam besteht aus mehr als 20 PhysikerInnen, die an den Universitäten von Wien, Cardiff, Jena, Mallorca, dem Albert-Einstein-Institut in Potsdam und dem California Institute of Technology arbeiten.

Weitere Informationen
Movie zur Simulation des Einspiralens (gemacht von Doreen Mueller und Bernd Bruegmann). Beschreibung: Zwei schwarze Löcher umkreisen einander, kommen einander näher unter Abstrahlung von Gravitationswellen und verschmelzen letztendlich zu einem Schwarzen Loch. Am Ende des Movies sieht man die Gravitationswellen in der Fernzone.
Gravitationsgruppe Universität Wien: http://gravity.univie.ac.at/
PRACE: http://www.prace-project.eu/
VSC: http://www.vsc.ac.at/
Numerische Relativitätstheorie Universität Jena: http://www.tpi.uni-jena.de/gravity/numrel/

Wissenschaftlicher Kontakt
Mag. Dr. Michael Pürrer
Gravitationsgruppe
Fakultät für Physik
Universität Wien
1090 Wien, Währingerstraße 17/603
T +43-1-4277-721 06
Michael.Puerrer(at)univie.ac.at

Rückfragehinweis
Mag. Veronika Schallhart
Öffentlichkeitsarbeit
Universität Wien
1010 Wien, Dr.-Karl-Lueger-Ring 1
T +43-1-4277-175 30
M +43-664-602 77-175 30
veronika.schallhart(at)univie.ac.at