Ze hebben beide de rekenkracht van 10.000 doorsnee computers, verdeeld over een paar duizend processoren. Op zichzelf zijn ze al indrukwekkend, maar nu kunnen supercomputers Huygens en Cray XT4 ook samenwerken. Dat is een flinke klus, want de twee staan niet alleen aan verschillende kanten van de wereld, maar ze spreken ook nog elk hun eigen taal. Gebundeld zijn ze CosmoGrid genoemd, en proberen ze de verdeling van donkere materie in ons heelal te achterhalen.
Computationele sterrenkunde
Voor de onderzoeksleider Simon Portegies Zwart (Sterrewacht Leiden) is CosmoGrid een droomproject. “De informatica-kant van het project is heel bijzonder voor computationele wetenschappers, maar het doel van het project – het doorrekenen van een stuk van het universum – is voor sterrenkundigen juist heel spannend.” Portegies Zwart is van huis uit sterrenkundige, en is tegenwoordig hoogleraar aan Universiteit Leiden. Daar richt hij zich voornamelijk op de computationele kant van de sterrenkunde: grote computermodellen die het heelal simuleren.
De simulatie die CosmoGrid uitvoert lijkt veel op een oudere simulatie, de Millenniumsimulatie, maar heeft een veel hogere resolutie. Beide richten zich op de donkere materie die zich in ons heelal moet bevinden. “We rekenen alleen aan donkere materie,” vertelt Portegies Zwart. “We zouden ook sterren mee kunnen nemen in de berekening, maar daarvoor is het nodig om gas te simuleren, en stralingstransport. Daar zitten nog heel veel dingen in die we niet begrijpen. Omdat volgens de laatste inzichten toch maar 4% van het heelal uit lichtgevende materie bestaat, hebben we ervoor gekozen om die te verwaarlozen.” De berekening zal een hele betrouwbare schatting opleveren van hoe de zwaartekracht in het universum zich sinds de Oerknal heeft ontwikkeld.
Uitdijen en clusteren
“Wij gaan uit van het standaardmodel van donkere materie, dat we koude donkere materie noemen.” In dit model klontert donkere materie vanzelf samen, maar dankzij een factor die we de kosmologische constante noemen groeit het universum toch. “Het heelal dijt uit, en tegelijkertijd begint de donkere materie te klonteren. Dat levert de bijzondere structuur van het heelal op.” Volgens ditzelfde model zal de zichtbare materie zich op dezelfde plaatsen samenclusteren als de donkere materie. “We verwachten dus dat sterrenstelsels zich vormen waar donkere materie zich ophoopt.”
In deze animatie zijn de eerste resultaten van CosmoGrid te zien, de zogenaamde dress rehearsal. Het linkse deel van de simulatie werd in Tokyo berekend, het rechtse deel in Amsterdam. Tijdens de simulatie was na elke rekenstap contact tussen te twee computerclusters om de nieuwe berekeningen uit te wisselen.
De twee supercomputers in CosmoGrid rekenen elk aan een deel van de simulatie. Het uitrekenen van één tijdsstap kost de computers 5 minuten, en na die tijdstap moeten ze gegevens met elkaar uitwisselen. Daarvoor moet de informatie eerst ‘vertaald’ worden, want beide supercomputers werken met een programma dat geschreven is in hun eigen machinetaal. Het signaal gaat dan van Amsterdam naar Tokyo en terug met een optisch netwerk, waarin 11 tussenstations (voornamelijk in de Verenigde Staten) het signaal doorgeven. Dit signaal omvat evenveel informatie als de complete Encyclopaedia Brittannica, en er is ongeveer een minuut nodig om de twee supercomputers van elkaar’s resultaten op de hoogte te brengen.
De simulatie waarin tienduizend brokken donkere materie op hun weg door het heelal worden gevolgd zal ongeveer een jaar duren – in computertijd 6 miljoen uur, verdeeld over alle processoren van de twee superclusters. Daarna volgen ongetwijfeld mooie plaatjes van de geschiedenis van het universum.