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.

Die Spielerei und das Universum

Springel schrieb die Software Gadget, die Strukturbildung von Materie im Weltall simuliert. Der Name bedeutet wörtlich "Spielerei", was der Astrophysiker als Akronym dafür hernahm, was seine Software tut: GAlaxies with Dark matter and Gas intEracT. Der Name Aquarius ist einem Song aus dem Musical Hair entlehnt. "Astrophysiker sind manchmal etwas verspielt", kommentiert Springel gegenüber Linux-Magazin Online.

Die erste interne Gadget-Version war um 1998 fertig, im Jahr 2000 gab Springel sie als Version 1 an die Wissenschaftsgemeinde frei. Ursprünglich konnte das Programm kollidierende Galaxien nachstellen, deren Elemente sich von einer bestimmten Ausgangsposition nach den Gesetzen der Schwerkraft aufeinander zu bewegen. Im Verlauf mehrerer Jahre verbesserte er unter Mitarbeit vieler weiterer Forscher die Programmanweisungen, fügte zum Beispiel die Simulation schwarzer Löcher hinzu. Vor allem kann die Software jetzt die Strukturentwicklung beliebig großer Ausschnitte des Universums entlang einer zeitlichen Achse nachvollziehen. Die heute quelloffen verfügbare Version von Gadget hat die Versionsnummer 2.

"Der Simulationscode ist die meiste Arbeit", resumiert Springel, "nicht jeder Astrophysiker kann das machen, hat nicht die Zeit dafür. Dafür nehmen sie Gadget." Die besondere Leistung der Software besteht in paralleler Programmierung. Da jedes Teilchen stets auf jedes andere wirkt, muss das Simulationsprogramm die Prozessoren so instruieren, dass sie gleichzeitig arbeiten. Dafür dürfen sie nicht von den Rechenergebnissen ihrer Kollegen abhängig sein - das würde Wartezeiten bedeuten.

Wasser im Weltraum

Das jüngste Simulationsprojekt Aquarius lief über rund sieben Monate von Mitte 2007 bis Ende Januar 2008. Es sollte Aufschluss über dunkle Materie geben, indem sie sie von der Entstehung des Weltalls bis zur Gegenwart auf einem Linux-Superechner nachbildet (Abbildung 2). Ort des Geschehens waren die Großrechnerschluchten im Leibniz-Rechenzentrum, gleich bei Springel um die Ecke: Auch das Max-Planck-Institut für Astrophysik hat seinen Sitz in Garching bei München.

Die dichten Zentren der simulierten dunkle-Materie-Klumpen senden Gamma-Strahlung aus, weil hier Teilchen und Antiteilchen aufeinandertreffen und sich gegenseitig vernichten. Bild: Aquarius-Projekt, Max-Planck-Institut für Astrophysik.

Der Astrophysiker sitzt in seinem Büro. Zeichenkolonnen rutschen über den Bildschirm. Der schlanke blonde Mann ist stolz auf seine Software, und wenn er lächelt, treten Lachfalten hervor. Er lächelt nicht immer. Die Konkurrenz ist groß im Wissenschaftsbetrieb. Eine andere Foschergruppe hat bereits eine ähnliche Simulation auf den Weg gebracht, eine Gruppe aus den USA, die ihre Simlation auf Großrechnern in Spanien und Italien laufen lässt. Bei der Aquarius-Simulation sind große Mengen von Daten angefallen: rund 50 Terabyte. In Festplatten zu je 100 Gigabyte umgerechnet entspricht das 500 Festplatten. Alle Daten auszuwerten und grafisch aufzubereiten, wird mehrere Jahre in Anspruch nehmen.

Erste Ergebnisse hat die Forschergruppe um Springel bereits bei der wissenschaftlichen Zeitschrift Nature eingereicht. Erst wenn Forschungsergebnisse hier angenommen und erstmalig erschienen sind, dürfen die Forscher sie in die Öffentlichkeit tragen: Am sechsten November war es dann soweit und die Forschungsgruppe veröffentlichte über das Max-Planck-Institut eine Pressemitteilung.

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.