Simulationswerkzeuge vorgestellt

Auf dem Weg zur Astrosimulation fallen viele weitere Arbeiten an, um die sich das Team um den Simulations-Projektleiter kümmert. So stecken in der eigentlichen Simulationssoftware Gadget viele Jahre Entwicklerarbeit, die der Simulationsleiter Volker Springel und weitere Wissenschaftler geleistet haben, um schließlich zu neuen Erkenntnisse über das Universum zu gelangen. Am Rande des Weges nutzt beispielsweise Mark Vogelsberger, Doktorand in Springels Team, für seine Arbeit hochspezialisierte Open-Source-Tools.

Anders als bei Open-Source-Projekten

Für die Schöpfer wissenschaftlich verwendeter Software ist die Nennung ihres Namens wichtig, denn dadurch erlangen sie Renommee. Außerdem spielt der Wettstreit um Ergebnisse eine Rolle. So kommt es zu der dualen Existenz der Gadget-Software: Öffentlich verfügbar liegt sie in einer älteren, quelloffenen Version vor. Die Aquarius-Simulation hingegen nutzte eine leistungsfähigere Version, die noch nicht verfügbar ist. "In der Wissenschaft funktioniert das anders als bei Open-Source-Projekten", erklärt Volker Springel, Schöpfer von Gadget und Projektleiter der Aquarius-Simulation (Abbildung 1). "Nur einige hundert Astrophysiker interessiert das, die Software ist hochspezialisiert." Außerdem ist die Konkurrenz im Forschungsbetrieb groß.

Abbildung 1: Volker Springel leitet die Aquarius-Projekt, das die Verteilung der unsichtbaren dunklen Materie simuliert.

Weiterentwicklungen der Simulationssoftware dienen als Grundlage für neue wissenschaftliche Erkenntnisse. Würden sie sofort offen gelegt, können andere Forschungsgruppen die Früchte mühsamer Optimierungsarbeit ernten. Simulationen wie Aquarius beeindrucken durch ihre mehrmonatige Laufzeit und riesigen Datenmengen, aber der Simulationscode ist die Voraussetzung: "Ihn zu entwickeln, dauert mehrere Jahre", sagt Springel. Nun, da die Ergebnisse der Aquarius-Simulation vorliegen, wird auch die neue Gadget-Version im Laufe des nächsten Jahres quelloffen werden, wie er zu Linux-Magazin Online sagte.

In den 1970er und 1980er Jahren, erzählt er, machten Wissenschaftler um ihren Code noch ein großes Geheimnis. Etwa seit dem Jahr 2000 wende sich in der Astrophysik das Blatt, schätzt Springel. "Wir erreichen damit, dass unsere Methoden transparent werden", begründet Springel seine Open-Source-Politik. "Kollegen können dann nachprüfen: Sind die Ergebnisse richtig?" Außerdem, so Springel noch, setzen die Forscher selbst Open-Source-Tools ein - und kennen damit den Wert frei verfügbarer Software. Stolz berichtet er, dass Gadget die einzige quelloffene Code ist, der auch auf große Simulationen skaliert. Die Mailingliste hat weltweit etwa 100 Abonnenten.

Die dunkle Susy

Abseits schnaufender Riesenrechner bereiten die Forscher Simulationen wie Aquarius also jahrelang vor. Mark Vogelsberger (Abbildung 2) promoviert im Team von Volker Springel über den inneren Aufbau dunkler Materie. Für seine Arbeit nutzt er unter anderem Dark Susy. Der Name klingt charmant, doch hinter "Susy" verbirgt sich nur ein leicht verdauliches Akronym für die eher schwer verdauliche so genannte Supersymmetrie. Supersymmetrie (SUSY) bezeichnet den Zustand, dass Bosonen und Fermionen - zwei Teilchen mit bestimmten Eigenschaften - sich ineinander umwandeln (SUSY-Transformation).

Abbildung 2: Linux-Magazin-Autor Mark Vogelsberger promoviert in Volker Springels Team über die innere Struktur dunkler Materie.

Dark Susy dient speziell im Forschungsbereich dunkler Materie dazu, Werte verschiedene Parameter zufällig auszuwählen, zum Beispiel die Teilchen-Masse und die Wahrscheinlichkeit, mit der Teilchen aufeinanderprallen (Annihilationswahrscheinlichkeit). Sie implementiert als Wahrscheinlichkeitsverfahren dazu zum Beispiel das Monte-Carlo-Sampling. Mithilfe unter anderem von Dark Susy kann Vogelsberger Teilchen-Modelle dunkler Materie bilden, ohne auf die genauen Eigenschaften dunkler Materie zurückzugreifen, die der Physik bislang noch nicht bekannt sind. Die Modelle verhelfen ihm zum Beispiel dabei herauszufinden, unter welchen Bedingungen die dunkle-Materie-Teilchen überhaupt beobachtbar wären.

Beschrieben ist Dark Susy detailliert in einer wissenschaftlichen Veröffentlichung aus dem Jahr 2004, die online verfügbar ist. Das Download-Paket der Fortran-Software wiegt 130 MByte, zum Erstellen der ausführbaren Datei ist Perl gefordert. Die Entwicklung ist rege am Laufen, die neueste Version 5.0.2 datiert von Oktober 2008. Auf den Seiten des Dark-Susy-Projekts gibt es sogar eine Online-Maske zur Berechnung von dunkle-Materie-Teilchen (Abbildung 3).

Abbildung 3: Dark Susy Online ist eine Online-Maske in Entsprechung zur herunterladbaren Software. Sie gibt sich wenig intuitiv.