Simulating self-gravitating systems on parallel computers

Sterrenkundige Alessia Gualandris van het Sterrenkundig Instituut Anton Pannekoek en het Instituut voor Informatica ontwikkelde een methode om de beweging van sterren binnen sterrenhopen met een zwaar zwart gat nauwkeurig te berekenen. Zij promoveerde op 12 september 2006 aan de Universiteit van Amsterdam op dit onderzoek.

Sterrenhopen zijn groepen van honderden tot duizenden sterren die door zwaartekracht bijeen worden gehouden. Omdat sterren in die sterrenhopen zo dicht bij elkaar staan, doen zich al snel ontmoetingen voor. Als daar ook superzware zwarte gaten (zwarte gaten van enkele miljoenen zonmassa’s) bij betrokken zijn, kunnen sterren met snelheden van meer dan duizend kilometer per seconde uit de melkweg worden geslingerd. De astrofysische redenen daarvoor zijn eenvoudig maar kunnen alleen met uitgebreide berekeningen op speciaal ontwikkelde computers worden aangetoond.

Het interdisciplinaire onderzoeksteam waarvan Alessia Gualandris deel uitmaakte, ontwikkelde de afgelopen vier jaar algoritmes en een speciale computer om die dynamische en interne evolutie van sterrenhopen nauwkeurig te kunnen berekenen. Die berekeningen zijn echter alleen uit te voeren indien de wisselwerking tussen alle sterren heel precies in kaart wordt gebracht. Gualandris ontwikkelde een speciaal, nieuw algoritme om die berekeningen efficiënt op een parallelle computer te kunnen uitvoeren. Daardoor is het voor het eerst mogelijk om systemen van meer dan een miljoen sterren te simuleren. De onderzoeksresultaten zijn van belang voor verder onderzoek naar sterrenhopen en zwarte gaten en hun onderlinge wisselwerking.

Sterrenhopen zijn zowel voor astrofysici als informatici fascinerend vanwege hun enorme fysische diversiteit en omdat berekeningen van hun grote beweeglijkheid numeriek zeer complex zijn. Die berekeningen waren tot nu toe lastig uitvoerbaar omdat sterrenhopen zich in gebieden bevinden die ongeschikt zijn voor analytische methoden terwijl benaderingen tekortschieten. Met de methode van Gualandris zijn die numerieke problemen opgelost en is nu de oorsprong van supersnelle sterren in de melkweg te verklaren.

promotie: 12 september 2006
promotores: prof. dr. E.P.J. van den Heuvel, prof. dr. P.M.A. Sloot
copromotor: dr. S.F. Portegies Zwart