Einstein@Home

Gravitationswellen aus dem Heimcomputer

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Kurzerhand beschloss Bruce Allen, zusammen mit seinen Mitarbeitern auf eigene Faust die entsprechende Software zu entwickeln. Den letzten Schliff erhielt das Projekt durch David Anderson von der Universität Berkeley, der auch schon die Software für SETI@Home geschrieben hatte.

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„Wir übertrugen sie auf unser Projekt, was einen großen Fortschritt brachte“, sagt Allen. So gelang es den Wissenschaftlern, bis Februar 2005 eine erste Version fertigzustellen, die sie auf einer Pressekonferenz auf der Jahrestagung der American Association for the Advancement of Science vorführten.

Begeistert griffen damals die Medien das Projekt auf. Es bekam den Namen Einstein@Home und war maßgeschneidert für das Einstein-Jahr. Die Neuigkeit verbreitete sich schnell: Innerhalb weniger Tage hatten sich laut Allen um die 20.000 Teilnehmer angemeldet. Dies wiederum rief auch die National Science Foundation auf den Plan, die nun ohne große Umschweife finanzielle Unterstützung zusagte.

Das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, an das Allen im Jahr 2007 als Direktor berufen wurde, war von Beginn an bei Einstein@Home dabei. Bis heute haben mehrere Hunderttausend Menschen weltweit an dem Projekt teilgenommen, wobei immer wieder welche abspringen, sodass zu einem bestimmten Zeitpunkt stets um die 40.000 Hobbyforscher – teils mit mehreren Geräten gleichzeitig – aktiv sind.

Signale werden in kleine Pakete zerhackt

Es gibt rund 100 andere Projekte, in denen Daten im verteilten Rechnen gesichtet werden. Die Spanne reicht von der Medikamentenentwicklung gegen Malaria und Molekularsimulationen von Proteinen bis hin zur Suche nach der größten bekannten Primzahl. Unter ihnen ist Einstein@Home eines der größten. Es erreicht heute eine gesamte Rechenleistung von 1,7 Petaflops pro Sekunde, also von 1,7 Billiarden Rechenschritten.

Damit gehört dieses Rechnernetz zu den 60 leistungsfähigsten Supercomputern weltweit. „In dem Netzwerk nimmt unser Atlas-Cluster eine zentrale Rolle ein“, erklärt Bruce Allen. Er bereitet die von den LIGO-Detektoren kommenden Signale auf und zerhackt sie in kleine Pakete.

Die sind so gewählt, dass jeder teilnehmende Rechner pro Stunde nicht mehr als ein Megabyte an Daten bekommt. Für diese Verwaltungstätigkeit benötigt Atlas nur ein Prozent seiner Leistung. Die von den PCs und Laptops durchforsteten Daten werden an Atlas zurückgeschickt und für die Wissenschaftler, etwa in Form von Diagrammen, aufbereitet. Wurde eine verdächtige Stelle im Datenstrom gemeldet, nimmt sie Atlas detailliert unter die Lupe.

Trotz jahrelanger Anstrengungen ist die Suche nach Gravitationswellen erfolglos geblieben. Das ist zwar etwas frustrierend, aber findige Forscher können selbst aus diesem Nullsignal astrophysikalische Schlüsse ziehen. Und zwar hinsichtlich von Neutronensternen – rund 20 Kilometer große Überreste von explodierten Sonnen.

Diese Neutronensterne besitzen extreme Eigenschaften: So ist in ihnen die Materie so stark komprimiert, dass ein Teelöffel davon auf der Erde so viel wöge wie eine Million Fernverkehrszüge. Zudem rotieren sie sehr schnell um die eigene Achse. Das ist eine gute Voraussetzung zum Abstrahlen von Gravitationswellen, wobei die Frequenz einer solchen Welle der Rotationsfrequenz des Körpers entspricht. Aber Neutronensterne senden diese Raumzeitwellen nur dann aus, wenn sie nicht perfekt symmetrisch sind.

Allerdings zählen Neutronensterne wohl zu den rundesten Körpern im Universum und sind damit schlechte Sender. Aus der Tatsache, dass bisher kein periodisches Signal von ihnen gefunden wurde, lässt sich etwas über ihre Symmetrie aussagen. Die auf der Erde empfangene Intensität einer Gravitationswelle sinkt mit der wachsenden Entfernung des Neutronensterns, außerdem sind die LIGO-Detektoren in dem Frequenzbereich von einigen Dutzend bis einigen Hundert Hertz am empfindlichsten. Deshalb lassen sich lediglich statistische Aussagen über die Form von Neutronensternen treffen.

Demnach gibt es im Umkreis von etwa 1000 Lichtjahren keinen Neutronenstern mit einer Umdrehungsfrequenz von 100 Hertz oder mehr, dessen Oberfläche um mehr als zehn Zentimeter von der Kugelform abweicht. Ein äußerst bemerkenswertes Ergebnis.

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„Im Bereich der elektromagnetischen Wellen haben wir bis heute einige Tausend Neutronensterne nachgewiesen – von insgesamt vielleicht 100 Millionen, die in unserer Milchstraße existieren“, sagt Maria Alessandra Papa vom Max- Planck-Institut in Hannover. „Gravitationswellen- Astronomie bietet künftig eine ganz neue Möglichkeit, mehr Informationen über diese unsichtbare Population zu bekommen.“

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