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Claudiarndt, Photocase.com

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Aquarius-Simulation

Die dunkle Seite des Universums

14.11.2008

85 Prozent der Materie im Weltall ist unsichtbar. Am Max-Planck-Institut für Astrophysik erforschen Wissenschaftler diese dunkle Seite des Universums auf einem ballsaalgroßen Rechnernetz: In der Aquarius-Simulation errechnet der Linux-Superrechner HLRB II eine Himmelskarte des Unsichtbaren.

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Michael Bopp schreitet die Reihe entlang, in der übermannshohe Schränke mit flimmernden LEDs und metallener Außenhaut geschäftig schnaufen. "Diese zwei Reihen enthalten nur Storage", sagt er und meint Speicherplatz für die Zwischenergebnisse von Schwerstarbeiten, die verschiedene Forscher den Superrechner gleichzeitig verrichten lassen. Er erläutert, wie die baumdicken Luftschächte aus weißem Plastik, die aus der zehn Meter hohen Decke ragen, warme Luft absaugen: Begleiterscheinung von einer Megawattstunde Stromverbrauch in diesem Raum, Gegenwert von 3000 bis 4000 Haushalten.

Linux-Schwerstarbeiter

Der Geophysiker ist leitender Systembetreuer für Hochleistungsrechner am Leibniz-Rechenzentrum in Garching bei München. Der Rechnerverbund vor ihm namens der HLRB II belegt eine Grundfläche von 12 mal 24 Metern, auf denen in acht Reihen fast 10.000 Prozessorkerne gleichzeitig arbeiten und zwei weitere Reihen - jeweils mit 14 Schränken - in 600 Terabyte Storage die Zwischenergebnissen aufnehmen, bis die Forscher sie gesichert haben (Abbildung 1). Jeder der Prozessoren ist mit 1,6 GHz getaktet und hält die anderen durch mehrere Finger dicke Kupferkabelstränge auf dem Laufenden, was er gerade tut, damit im Notfall jederzeit ein anderer die Arbeit übernehmen kann. Unter dem Gitterboden verlaufen Straßen mit Glasfaserkabeln, die für den Ergebnistransport und die Netzwerkanbindung zuständig sind.

Der Superrechner HLRB II im Leibniz-Rechenzentrum, Garching bei München, führte die Aquarius-Simulation aus. Foto: Helmut Payer, gsiCom

Die meisten Forschungsgruppen greifen nur auf 64 Kerne zu. Dafür benutzen viele Gruppen gleichzeitig den Superrechner HLRB II. Die Gruppen gehören der Max-Planck-Gesellschaft an, der Universität München oder einem anderen nationalen oder europäischen Institut. Sie simulieren DNS-Proteine, mathematische Matrizen oder schwarze Löcher. Und eine der Gruppen simulierte die Entstehung dunkler Materie in der Milchstraßengalaxie. Doktor Volker Springel vom Max-Planck-Institut für Astrophysik beantragte für sein Simulationsprojekt "Aquarius" 1024 Stück der Rechenkraftwerke. Sie sollen die Interaktion von mehr als einer Milliarde Teilchen über zehn Milliarden Jahre hinweg berechnen.

Ich sehe was, was du nicht siehst

Gerade mal vier Prozent des Universums besteht nach heutigen Erkenntnissen aus Materie, wie wir sie kennen, die also mittels Licht sichtbar ist. Was sonst noch am Himmel herumspukt, besteht zu rund 73 Prozent aus der 1998 entdeckten dunklen Energie - sie ist noch völlig unbekannt. Ihr schieben die Kosmologen in die Schuhe, dass das Universum expandiert, und erfanden die "Antigravitation".

Dunkle Materie hält 23 Prozent der kosmologischen Aktien. Die hypothetische Notwendigkeit ihrer Existenz stellten Forscher schon in den dreißiger Jahren des letzten Jahrhunderts fest. Denn sie errechneten, dass Bewegung und Anziehungskäfte der sichtbaren Himmelskörper eigentlich mehr Masse voraussetzen, als sie tatsächlich auf die Waage bringen. Für den Rest der Masse musste ein anderer, unsichtbarer Stoff zuständig sein.

Auch wenn diese angenommene dunkle Materie nicht sichtbar ist, lässt sich ihr Verhalten nach den Gesetzen der Gravitation berechnen und simulieren. Satellitenaufnahmen können dann diese Simulationsergebnisse überprüfen. Für die Detektion durch Satelliten oder andere Messinstrumente gibt es eine einzige, kleine Möglichkeit: Bei dem Aufeinanderprall und der gegenseitigen Vernichtung von Teilchen und Antiteilchen entsteht Gammastrahlung. Dieser Prozess, Annihilation genannt, kommt auch auch bei Teilchen dunkler Materie vor. Gammastrahlung lässt darum unter bestimmten Umständen auf dunkle Materie schließen.

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