{"id":29153,"date":"2018-05-28T15:48:44","date_gmt":"2018-05-28T13:48:44","guid":{"rendered":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/?p=29153"},"modified":"2018-05-29T12:31:42","modified_gmt":"2018-05-29T10:31:42","slug":"schwarze-loecher-aus-dem-exacomputer","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/en\/forschung\/schwarze-loecher-aus-dem-exacomputer\/","title":{"rendered":"Schwarze L\u00f6cher aus dem Exacomputer"},"content":{"rendered":"<p>Schwarze L\u00f6cher bergen auch nach der direkten Messung der Gravitationswellen noch viele Geheimnisse. Was passiert, wenn zwei Schwarze L\u00f6cher miteinander verschmelzen oder Sterne mit einem Schwarzen Loch zusammensto\u00dfen? Das haben Forscher der Goethe-Universit\u00e4t und des Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) nun mit einer neuartigen numerischen Methode simuliert. Der Simulationscode, &#8222;ExaHyPE&#8220;, ist so ausgelegt, dass er Gravitationswellen auf der zuk\u00fcnftigen Generation von &#8222;Exascale&#8220;-Supercomputern sehr genau und schnell berechnen kann.<\/p>\n<p>Die Herausforderung bei der Simulation Schwarzer L\u00f6cher besteht darin, dass man ein komplexes Gleichungssystem, die Einstein-Gleichungen, l\u00f6sen muss. Das ist nur numerisch m\u00f6glich und geschieht mithilfe von leistungsf\u00e4higen Parallelrechnern. Wie gut und wie schnell man sich der L\u00f6sung n\u00e4hert, h\u00e4ngt von dem verwendeten Algorithmus ab. Hier hat das Team von Prof. Luciano Rezzolla am Institut f\u00fcr Theoretische Physik der Goethe Universit\u00e4t und am FIAS nun einen Meilenstein erreicht. Langfristig k\u00f6nnten durch diese theoretische Arbeit auch die experimentellen M\u00f6glichkeiten erweitert werden, Gravitationswellen von anderen astronomischen Objekten als Schwarzen L\u00f6chern zu erkennen.<\/p>\n<p>Die neuartige numerische Methode, die auf den Ideen des russischen Physikers Galerkin beruht, erlaubt die Berechnung von Gravitationswellen auf Supercomputern mit sehr hoher Genauigkeit und Geschwindigkeit. &#8222;Das zu erreichen war nicht einfach und ist seit Jahren das Ziel vieler Gruppen weltweit. Obwohl das Erreichte nur ein kleiner Schritt zur Modellierung realistischer Schwarzer L\u00f6cher ist, erwarten wir, dass unser Ansatz zum Paradigma aller zuk\u00fcnftigen Berechnungen wird&#8220;, sagt Prof. Luciano Rezzolla.<\/p>\n<h3>Exascale-Maschinen \u2013 so schnell wie das Gehirn?<\/h3>\n<p>Rezzollas Team ist Teil einer europaweiten Kollaboration, die das Ziel hat, einen numerischen Simulationscode, &#8222;ExaHyPE&#8220;, f\u00fcr Gravitationswellen zu entwickeln, der die Leistungsf\u00e4higkeit von zuk\u00fcnftigen &#8222;Exascale&#8220;-Supercomputern nutzen kann. Diese existieren zwar bisher noch nicht, aber weltweit erforschen bereits viele Wissenschaftler den Einsatz der Exascale-Maschinen. Diese Supercomputer stellen eine Weiterentwicklung der heutigen &#8222;Petascale&#8220;-Supercomputer dar und sollen in der Lage sein, so viele Rechenoperationen pro Sekunde durchzuf\u00fchren, wie es Insekten auf der Erde gibt. Dies ist eine Zahl mit 18 Nullen. Es wird angenommen, dass solche Supercomputer mit der Kapazit\u00e4t des menschlichen Gehirns vergleichbar sind.<\/p>\n<p>W\u00e4hrend sie darauf warten, dass die ersten &#8222;Exascale&#8220;-Rechner gebaut werden, testen die ExaHyPE-Wissenschaftler ihre Software bereits in den gr\u00f6\u00dften Supercomputing-Zentren Deutschlands. Die gr\u00f6\u00dften sind das Leibniz-Rechenzentrum LRZ in M\u00fcnchen und das Hochleistungsrechenzentrum HLRS in Stuttgart. Diese Computer sind bereits aus mehr als 100.000 Prozessoren aufgebaut und werden in K\u00fcrze deutlich gr\u00f6\u00dfer werden.<\/p>\n<h3>Tsunamis und Erdbeben simulieren<\/h3>\n<p>Die neuen mathematischen Algorithmen erlauben nicht nur, astrophysikalische Kompaktobjekte wie Schwarze L\u00f6cher und Neutronensterne zu untersuchen, sondern auch Tsunamis und Erdbeben. Das liegt an Gemeinsamkeiten in den zugrundeliegenden Gleichungen. Weitere Anwendungen f\u00fcr den Exahype-Algorithmus zu untersuchen, die Feststoffe, Fl\u00fcssigkeiten und Gase innerhalb der Theorien des Elektromagnetismus und der Gravitation mathematisch beschreiben k\u00f6nnen, ist das Ziel eines von der Europ\u00e4ischen Kommission im Rahmen des EU-Forschungs- und Innovationsprogramms Horizon 2020 gef\u00f6rderten Forschungsprojekts. Die Frankfurter Wissenschaftler arbeiten darin eng mit Kollegen aus M\u00fcnchen, Trient (Italien) und Durham (Gro\u00dfbritannien) zusammen.<\/p>\n<p>&#8222;Der spannendste Aspekt des ExaHyPE-Projekts ist die einzigartige Kombination von theoretischer Physik, angewandter Mathematik und Informatik. Nur durch die Kombination all dieser verschiedenen Disziplinen k\u00f6nnen wir das Potenzial von Supercomputern nutzen, um die Komplexit\u00e4t des Universums zu verstehen&#8220;, so Prof. Michael Dumbser, Leiter des Teams f\u00fcr Angewandte Mathematik in Trient.<\/p>\n<p>[dt_call_to_action content_size=&#8220;small&#8220; background=&#8220;fancy&#8220; line=&#8220;true&#8220; style=&#8220;1&#8243; animation=&#8220;fadeIn&#8220;]<\/p>\n<p><strong>Publikation:<\/strong> Michael Dumbser, Federico Guercilena, Sven K\u00f6ppel, Luciano Rezzolla, und Olindo Zanotti: Conformal and covariant Z4 formulation of the Einstein equations: Strongly hyperbolic first-order reduction and solution with discontinuous Galerkin schemes. Phys. Rev. D 97, 084053 \u2013 Published 30 April 2018 <a href=\"https:\/\/journals.aps.org\/prd\/abstract\/10.1103\/PhysRevD.97.084053\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">https:\/\/journals.aps.org\/prd\/abstract\/10.1103\/PhysRevD.97.084053<\/a><\/p>\n<p><strong>Informationen:<\/strong> Prof. Dr. Luciano Rezzolla, Institut f\u00fcr Theoretische Physik, Fachbereich Physik und Frankfurt Institute for Advanced Studies, Campus Riedberg, Tel. (069) 798-47871, <a href=\"mailto:rezzolla@fias.uni-frankfurt.de\">rezzolla@fias.uni-frankfurt.de<\/a>.<\/p>\n<p><strong>ExaHyPE Projekt:<\/strong> <a href=\"http:\/\/exahype.eu\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">http:\/\/exahype.eu\/<\/a><\/p>\n<p>[\/dt_call_to_action]<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Schwarze L\u00f6cher bergen auch nach der direkten Messung der Gravitationswellen noch viele Geheimnisse. Was passiert, wenn zwei Schwarze L\u00f6cher miteinander verschmelzen oder Sterne mit einem Schwarzen Loch zusammensto\u00dfen? 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