Computer-Cluster simuliert 100 Mrd. Sterne

Bei der Erforschung des Universums kommt dem Einsatz von leistungsstarken Supercomputern eine immer bedeutendere Rolle zu. „Galaxien sind unvorstellbar große Gebilde, die einen permanenten Veränderungsprozess durchlaufen. Die einzige Möglichkeit, sie zu beschreiben, ist die Simulierung bzw. Modellierung am Computer“, unterstreicht der Astrophysiker Gerhard Hensler. Der Wissenschaftler ist derzeit am Institut für Astronomie der Universität Wien im Rahmen des Projektes „Computational Astrophysics“ damit beschäftigt, ganzen Planetensystemen und Galaxien mithilfe von Computersimulationen auf den Grund zu gehen.

„Alleine die Milchstraße, die 'Heimatgalaxie' unseres Planetensystems, misst im Durchmesser rund 100.000 Lichtjahre und beherbergt 100 Mrd. Sterne und wahrscheinlich Mio. Planetensysteme wie das unsere“, weist Hensler auf die enormen Anforderungen an eine entsprechende Simulation hin. Um die Galaxienbedingungen im Computer nachstellen zu können, werden die Galaxien in Mio. von Gebiete unterteilt und mit Simulationsfaktoren wie Gravitation, Abkühlung, Erwärmung oder Gaszusammensetzung gefüttert. Jeder Bereich wird für einen begrenzten Zeitschritt von einem einzelnen Prozessor durchgerechnet und danach wieder zu einem zusammenhängenden Ganzen zusammengefügt. „Der jeweilige Status des Modells ist während des Rechenvorgangs jederzeit abrufbar. Am Schluss steht das fertige Modell einer Galaxieentwicklung“, so Hensler.

Bei den überaus komplexen und langwierigen Berechnungen setzen die Wissenschaftler auf Rechnercluster, die über ganz Europa verteilt sind und deren Kapazität größer ist als die aller Rechner Österreichs zusammengenommen. Da die Hauptmodellierungen aufgrund der enormen Rechenanforderungen an Hochleistungsrechenzentren durchgeführt werden müssen, wäre es für das Forscherteam daher von großem Vorteil, wenn auch vor Ort in Österreich auf derartige Ressourcen zugegriffen werden könnte. „Ein österreichweites Höchstleistungszentrum für High-performance Computing (HPC) hätte den Vorteil, dass auch andere Fachrichtungen wie Physik, Mathematik, Chemie, Klimaforschung oder Biologie die Ressourcen interdisziplinär nutzen könnten“, so Hensler.

Als erschwerend kommt laut Hensler hinzu, dass es softwareseitig derzeit kein einziges umfassendes Programm gibt, mit dem es möglich ist, Objekte im All in all seinen Facetten zu berechnen. So müsse mit einem Programm die Sternentstehung unter der Eigengravitation einer Gaswolke, mit einem anderen die Gaszusammensetzung und mit einem weiteren die Dynamik der Galaxie berechnet werden. „Diese Aufteilung kostet unglaublich viel Zeit, da wir zuerst alle Details einzeln untersuchen müssen, um sie am Ende zusammenzufügen“, meint Hensler.