Panorama

Mit großen Datenmengen Richtung Urknall

02.09.2021 - Neuer Verbund für datenintensive Radioastronomie führt acht Institutionen zusammen.

Auf der Suche nach fernen Galaxien, schnell rotierenden Neutronensternen und schwarzen Löchern sammeln Radio­astronomen eine immer größer werdende Menge von Daten. Diese Datenflut soll künftig auch mithilfe von künstlicher Intelligenz analysiert werden. Hierzu haben sich acht Institutionen in Nordrhein-Westfalen unter Federführung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (MPIfR) zum „NRW-Cluster für datenintensive Radio­astronomie: Big Bang to Big Data” zusammen­geschlossen. In Bonn sind neben dem MPIfR die Universität Bonn und die Hochschule Bonn-Rhein-Sieg an dem Projekt beteiligt. Das Land fördert das Vorhaben mit bis zu drei Millionen Euro. Außerdem beteiligt sind das Forschungszentrum Jülich, die Ruhr-Universität Bochum, die TU Dortmund, die Universität Bielefeld und die Universität zu Köln.

 

Radioastronomen untersuchen mithilfe von Radiowellen Objekte im Weltall. Mit immer ausgefeilteren Beobachtungs­methoden blicken sie tief ins Universum und spüren etwa ferne Galaxien, schnell rotierende Neutronensterne und schwarze Löcher auf. Das Radio­teleskop Effelsberg in der Nähe von Bad Münstereifel ist mit seinem 100 Meter großen Parabolspiegel ein prominenter Vertreter der dafür eingesetzten Teleskope, die auch in lokalen bis weltweiten Netzwerken zusammen­geschaltet werden, um die Schärfe der Abbildung und die Empfindlichkeit zu erhöhen.

Zum Vergleich: Bei der Beobachtung des berühmten Bilds vom Schatten eines schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie M87 waren acht Radioteleskope beteiligt, darunter ALMA und APEX in der chilenischen Atacamawüste. Für dieses Bild wurde eine Gesamt­datenmenge von 20 Petabyte innerhalb von einer Woche aufgenommen. Die Auswertung des umfangreichen Datensatzes von dieser Beobachtungs­kampagne erfolgte zur Hälfte am Spezialrechner (Korrelator) des MPIfR in Bonn, mit einer Reduktion der Datenmenge auf nur noch 1 Megabyte. In der Zukunft werden die Daten noch umfangreicher ausfallen; desto bessere und effektivere Auswerte­methoden müssen dafür angewendet werden.

Moderne Radioteleskope erzeugen Daten in immer schneller wachsenden Raten. „In der nächsten Generation von Radioteleskopen werden Daten mit Raten erzeugt, die dem gesamten heutigen Internetverkehr vergleichbar sind“, sagt Michael Kramer, Direktor am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn.

Die Wissenschaftler suchen deshalb ganz neue Wege, um diese Datenflut zu bewältigen. „Fleiß und große Rechner reichen dazu nicht mehr”, sagt Frank Bertoldi vom Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn. Maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz sollen den Forschern künftig helfen, aus der Datenflut die spannenden Signale des Weltalls herauszufiltern.

Der wesentliche Zweck des Verbunds ist die Vernetzung von Wissen und Koordinierung der Aktivitäten von Radio­astronomen, interessierten Datenwissenschaftlern und Industrie­partnern. „Das ist eine konzertierte Aktion, die uns gemeinsam stärker macht in Forschung und Ausbildung, sowie durch den Austausch mit unseren Industriepartnern auch im Transfer von Wissen auf praktische Anwendungen“, sind sich Michael Kramer und Frank Bertoldi einig. Beide Forscher sind Mitglied im Transdisziplinären Forschungs­bereich „Bausteine der Materie und fundamentale Wechselwirkungen” an der Universität Bonn.

MPIfR / DE

 

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