Schwarze Löcher und der Supercomputer

Mit 16,7 Millionen Stunden an Computerzeit – dies entspricht mehr als 1.900 Prozessoren, die für ein Jahr laufen – werden die PhysikerInnen – unterstützt vom Vienna Scientific Cluster, dem schnellsten Rechner Österreichs – die schwarzen Löcher untersuchen. 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.

Internationales Detektoren-Netzwerk

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.

Das Ende der Gravitationstheorie?

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, Projektleiter an der Universität in Mallorca und ehemaliger Mitarbeiter in der Wiener Gravitationsgruppe.

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

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.

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