ForschungEuropäischer Supercomputer im Dienst der Heidelberger Astrophysik

Mithilfe von Europas schnellstem Rechner – dem von einem internationalen Konsortium betriebenen LUMI-G-Supercomputer in Kajaani (Finnland) – will ein schweizerisch-deutsches Forschungsteam Geheimnissen der Sternentstehung auf die Spur kommen. Für die dazu notwendigen Computersimulationen erhalten die Wissenschaftler Rechenzeit am LUMI-G, bei der auch ein neu entwickelter Simulationscode zum Einsatz kommt. Maßgeblich an den Forschungsarbeiten beteiligt sind Heidelberger Astrophysiker. Projektpartner Prof. Dr. Ralf Klessen vom Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH) erwartet davon bahnbrechende Erkenntnisse auch für seine Forschung.

Ziel der Forscherinnen und Forscher ist es, insbesondere das Verhalten von Gasen und Plasmen zu simulieren, um die Sternentstehung besser zu verstehen. Sie können damit unter anderem die Massenverteilung von Sternen nachvollziehen – Vorgänge, die wiederum die Entwicklung ganzer Galaxien beeinflussen. Zum Einsatz kommt dabei der neue Simulationscode mit dem Namen SPH-EXA. In Verbindung mit der räumlichen Auflösung, die sich mit der zwölfmonatigen LUMI-G-Rechenleistung erreichen lässt, können interstellare Turbulenzen modelliert werden. Die Erkenntnisse daraus sind von entscheidender Bedeutung für das tiefere Verständnis turbulenter Prozesse.

Prof. Klessen, Wissenschaftler an dem zum ZAH gehörenden Institut für Theoretische Astrophysik und international anerkannter Experte für hydrodynamische Simulationen auf Höchstleistungsrechnern, betont: „Bei der Simulation verfolgen wir einen Ansatz, der die Partikel von Gasen und Plasmen in den Blick nimmt, um die Bewegung von fluiden Elementen im Raum zu beschreiben. Das erlaubt es uns, Aussagen über das chaotische Verhalten von turbulenten Strömungen zu machen oder Aspekte des Übergangs von geordneten in chaotische Phasen der Strömung besser zu erfassen.“ Das Computerexperiment eröffne damit neue Wege, die Entstehung von Sternen und Sternhaufen im turbulenten mehrphasigen interstellaren Medium von Galaxien wie etwa unserer Milchstraße besser zu verstehen.

Das interdisziplinäre Forschungsteam unter Leitung von Wissenschaftlern der Universitäten Zürich und Basel ist zugleich beteiligt am internationalen Square Kilometre Array Observatory (SKAO). Es handelt sich dabei um das derzeit im Bau befindliche größte und empfindlichste Radioobservatorium der Welt. Die mit LUMI-G generierten Simulationsdaten sollen auch zur Entwicklung von Software genutzt werden, die aus Teleskop-Daten des SKAO spezielle Signale herausfiltern und interpretieren kann.

Ralf Klessen ist seit 2006 Professor am Institut für Theoretische Astrophysik, das zum Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg gehört. Mit seiner Forschungsgruppe beschäftigt er sich unter anderem mit verschiedenen Aspekten der Sternentstehung in der Milchstraße und im frühen Universum sowie mit dem Ursprung kosmischer Magnetfelder. Da diese Arbeit sehr stark numerisch geprägt ist, ist die Entwicklung und Verbesserung numerischer Algorithmen ein weiterer Schwerpunkt seiner Arbeiten.