LOFAR at MPA

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FORSCHUNG AM MPA

Eine Reihe astronomischer Forschungsgebiete, angefangen von Studien des Sonnensystems, über galaktische und extragalaktische Astrophysik bis hin zur Kosmologie, werden von der im Vergleich zu heutigen Teleskopen hohen Empfindlichkeit und hohen Winkelauflösung von LOFAR profitieren. Im Folgenden beschreiben wir die am MPA vorhandene wissenschaftliche Expertise.

Die Epoche der Re-Ionisierung

Die Re-Ionisierung des intergalaktischen Mediums (IGM) markiert einen Wendepunkt in der Geschichte des Universums. Sie bedeutet nicht nur einen bedeutenden Phasenübergang des IGMs vom neutralen Zustand zu einem Plasmazustand. Diese Epoche beeinflusst auch sehr stark die nachfolgende und heutige Stern- und Galaxienentstehung. Derzeit verfügen wir nur über Beobachtungen der letzten Phase dieser Epoche, sowie über eine Messung der globalen Zahl an Elektronen, die während der Re-Ionisierung aus dem vormals neutralen Wasserstoff freigesetzt wurden. Wir haben indes keine Information über die Geschichte der Re-Ionisierung und deren Ursachen. Die 21cm-Emissionslinie des neutralen Wasserstoffs in dem IGM würde wertvolle Information über die Verteilung und Evolution des neutralen Wasserstoffes vor seiner Re-Ionisation liefern. Erstmals wäre es möglich, die zeitliche Entwicklung des Re-Ionisationsprozesses zu verfolgen.

Das MPA ist eines der international führenden Zentren zur Erforschung der kosmologischen Großstruktur, der Galaxienbildung und des kosmologischen Strahlungstransports mittels Computersimulationen. Das MPA hat bereits ausgewiesene Expertise auf dem Gebiet der Vorhersage der 21cm Strahlung aus der Epoche der Re-Ionisierung durch Simulationen, analytische Beschreibungen und eine detaillierte Analyse störender Vordergrundsignale.

Das Epoch of Reionization LOFAR Key Science Project.

Kosmischer Magnetismus

Um das Universum zu verstehen muss man u.a. die Magnetfelder verstehen, die das Universum durchdringen. Magnetfelder füllen Galaxienhaufen und den interstellaren Raum aus, und beeinflussen die Entstehung von Galaxien und von Galaxienhaufen. Der Druck der Magnetfelder spielt eine große Rolle im interstellaren Gas, und allgemein sind Magnetfelder unerlässlich für die Entstehung von Sternen usw. Trotz ihrer Bedeutung sind Ursprung, Entwicklung und Struktur der magnetischer Felder immer noch offene Probleme in der Physik und Astrophysik. Mit den niederfrequenten LOFAR-Bändern lassen sich selbst schwache Magnetfelder in extragalaktischen Objekten aufspüren. Galaktische Halos, Galaxienhaufen und der intergalaktische Raum werden durch die Beobachtung von diffuser, polarisierter Radiostrahlung oder aufgrund des mit LOFAR beobachtbaren Faraday-Effekts ihren Magnetismus enthüllen. Das MPA hat, als eines der führenden wissenschaftlichen Zentren für die Analyse und das Verständnis solcher Messungen, ausgewiesene Fachkenntnis in diesem Gebiet.

GRID

LOFAR benötigt enorme Kartenressourcen für die Sammlung, den Transport, und die automatische Speicherung der Antennendaten sowie zur Berechnung wissenschaftlich interpretierbarer Datenprodukte. Skalierbare und hochperformante, verteilte Datenspeicher und Rechenalgorithmen sind notwendig, um die Erfassung, Analyse und Verteilung der Daten zu bewältigen. Die Idee des GRID computing besteht darin, einen Verbund an Rechenkapazitäten zu schaffen, die den erwarteten hohen Anforderungen von LOFAR entsprechen.

Die Verarbeitung der LOFAR-Rohdaten stellt dabei, wegen der hohen anfallenden Datenraten und Berechnungsvolumina, extrem hohe Anforderungen. Am MPA wird im Rahmen der Planck-Surveyor-Mission Softwareinfrastruktur zur Datenverarbeitung entwickelt, die sich ideal für LOFAR einsetzen lässt. Hier ist insbesondere der Process Coordinator (ProC) zu nennen, eine wissenschaftliche Workflow-Engine mit integrierter Datenbank, die im Rahmen der Planck Surveyor Mission entwickelt und innerhalb des AstroGrid-D Projektes Grid-fähig gemacht wird.