Mehr Rechenleistung für die Suche nach kontinuierlichen Gravitationswellen

AEI-Wissenschaftler:innen gewinnen viel Rechenzeit in einer europäischen Ausschreibung.

21. April 2022

Mitglieder der permanenten unabhängigen Forschungsgruppe „Kontinuierliche Gravitationswellen“ am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik und der Leibniz Universität Hannover werden von der Partnership for Advanced Computing in Europe (PRACE) Rechenzeit erhalten. Ihr Antrag für eine innovative Suche nach kontinuierlichen Gravitationswellen von unbekannten Neutronensternen wurde mit mehr als 10 Millionen Rechenkernstunden auf Grafikkarten aus dem Hochleistungsrechnerdienst von PRACE unterstützt. Die neuartige Suche wird unser Wissen über die Neutronensterne in der Milchstraße erweitern und ist ein Schritt zur ersten Beobachtung der schwer nachweisbaren kontinuierlichen Gravitationswellen. Erste Ergebnisse der Suche werden für das Jahr 2023 erwartet.

„Die Beobachtung kontinuierlicher Gravitationswellen würde es uns ermöglichen, Neutronensterne zu entdecken, die wir auf andere Weise nicht aufspüren können“, sagt M. Alessandra Papa, die die dauerhafte unabhängige Forschungsgruppe leitet. „Mit der Rechenzeit, die wir mit unserem Antrag eingeworben haben, machen wir einen weiteren Schritt zur ersten Beobachtung kontinuierlicher Gravitationswellen.“

Die AEI-Forschenden werden die PRACE-Rechenressourcen nutzen, um öffentliche Daten der LIGO-Detektoren zu analysieren. „Unser Ziel ist die Suche nach kontinuierlichen Gravitationswellen von unbekannten rotierenden Neutronensternen. Wir werden über den gesamten Himmel und über eine große Bandbreite von Quelleneigenschaften suchen“, erklärt Pep Blai Covas Vidal, der Wissenschaftler, der den PRACE-Antrag leitete und kürzlich ein Marie-Skłodowska-Curie-Fellowship erhielt. „Diese Suchen sind sehr rechenintensiv – mehr als 10 Millionen Rechenkernstunden auf Grafikprozessoren hat PRACE für unsere Analysen bewilligt.“

Eine der weltweit führenden Gruppen

Die Forschungsgruppe von Papa ist eine der weltweit führenden Gruppen auf dem Gebiet der bislang noch unbeobachteten kontinuierlichen Gravitationswellen. Das internationale Forschungsteam entwickelt, verbessert und führt die tiefsten und empfindlichsten Suche nach diesen lang anhaltenden Signalen durch, die von schnell rotierenden Neutronensternen erwartet werden.

Neutronensterne sind extreme Objekte: Diese kompakten Sternreste entstehen in Supernova-Explosionen und haben in der Regel etwa die 1,5-fache Masse unserer Sonne, aber nur einen Durchmesser von etwa 20 Kilometern – dies entspricht der Größe einer Stadt. Da die Himmelsposition, die Rotation und andere Eigenschaften der einzelnen Neutronensterne unbekannt sind, gibt es eine Vielzahl möglicher Kombinationen dieser Eigenschaften zu überprüfen. Die Empfindlichkeit der Suchen ist durch die verfügbare Rechenleistung begrenzt.

Die unsichtbare Population der galaktischen Neutronensterne entdecken

Unsere Milchstraße könnte rund hundert Millionen Neutronensterne enthalten. Bisher wurden jedoch nur etwa 3300 entdeckt. Gravitationswellen könnten die einzige Möglichkeit sein, den allergrößten Teil dieser unsichtbaren Population extremer Objekte zu entdecken.

„Wenn wir sehr viel Glück haben, könnte diese neue Suche, die durch die Hochleistungsrechenressourcen von PRACE ermöglicht wird, zum ersten direkten Nachweis von kontinuierlichen Gravitationswellen führen“, erklärt Papa. „Dies wäre nicht nur eine bedeutende Entdeckung, sondern auch unser erster Schritt in ein neues Forschungsgebiet, in dem wir die innere Struktur und die Zusammensetzung von Neutronensternen mit Hilfe eines neuen astronomischen Boten untersuchen könnten“, fügt sie hinzu.

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Kontinuierliche Gravitationswellen

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PRACE

Die Partnership for Advanced Computing in Europe (PRACE) ist eine gemeinnützige internationale Vereinigung mit Sitz in Brüssel. Die PRACE-Forschungsinfrastruktur bietet Wissenschaftler:innen und Forscher:innen aus dem akademischen Bereich und der Industrie in Europa einen dauerhaften Hochleistungsrechnerdienst auf Weltniveau. Die über PRACE zugänglichen Computersysteme und ihr Betrieb werden von fünf PRACE-Mitgliedern bereitgestellt (BSC als Vertreter Spaniens, CINECA als Vertreter Italiens, ETH Zürich/CSCS als Vertreter der Schweiz, GCS als Vertreter Deutschlands und GENCI als Vertreter Frankreichs). Die Umsetzungsphase von PRACE wird durch das EU-Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 (2014-2020) unter der Finanzhilfevereinbarung 823767 gefördert.

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