Drie Leidse projecten krijgen rekentijd op nationale supercomputers
Een nachthemel van meer dan 40 petabytes groot, jonge sterrenclusters simuleren en begrijpen hoe het lichaam virussen afremt: drie Leidse projecten krijgen van NWO rekentijd op een van de geavanceerde nationale supercomputers.
Grote rekenproblemen
‘De geavanceerde nationale computersystemen worden gebruikt voor technisch-wetenschappelijk onderzoek waarbij grote rekenproblemen moeten worden opgelost en waarbij de computationele faciliteiten van de individuele instellingen ontoereikend zijn,’ valt er op de website van NWO te lezen. Zes keer per jaar beslist NWO welke aanvragen goedgekeurd worden. In de tweede toekenningsronde van 2020 honoreerde NWO drie FWN-projecten:
Huub Rottgering & Timothy Shimwell (Sterrewacht Leiden)
Project: ‘Realising the LOFAR surveys and opening up a new window on the Universe’
Computersysteem: Grid Data Processing (2.000.000 SBU + 300 TB/jaar disk storage + 600 TB/jaar tape storage)
De Low-Frequency Array (LOFAR) is een netwerk van radiotelescopen van meer dan 1000 kilometer in doorsnee, waarvan het hart in Drente ligt. Het project brengt de hemel in kaart met radiogolven en doet dat met ongekende resolutie en gevoeligheid. Maar dat brengt ook een gigantische hoeveelheid data met zich mee: het LOFAR-archief herbergt meer dan 40 petabytes, wat gelijkstaat aan 40.000 terabytes.
‘Elke dataset van LOFAR is gigantisch,’ vertelt postdoc Timothy Shimwell. ‘Een observatie van acht uur resulteert al snel in 32 terabytes aan data en we hebben duizenden van zulke observaties.’ Om deze enorme hoeveelheid gegevens te verwerken moet LOFAR toegang hebben tot computerfaciliteiten die lokaal de data kunnen opslaan, zodat de onderzoekers de data niet hoeven te verplaatsten. ‘Deze subsidie, en een soortgelijke subsidie op de JUWELS-computer in het Duitse Jülich, maakt dit mogelijk en is daarmee cruciaal voor het succes van ons project.'
De LOFAR-astronomen meten de radio-emissies van relativistische deeltjes—deeltjes die bijna net zo snel bewegen als het licht. ‘We hebben een brede missie, met onderzoek dat varieert van exoplaneten tot kosmologie en bijna alles daartussenin.’
Francisca Concha-Ramirez (Sterrewacht Leiden)
Project: ‘External photoevaporation shapes the distributions of circumstellar disk sizes in young star clusters’
Computersysteem: Cartesius (4.000.000 SBU)
Planeten vormen zich in cirkelvormige schijven van gas en stof die sterren omringen. Francisca Concha-Ramirez: ‘Deze schijven ontwikkelen zich kort na de vorming van sterren en worden in een vroeg stadium blootgesteld aan een omgeving die zeer vijandig kan zijn voor hun voortbestaan. Het omringende gas en de nabijgelegen sterren kunnen de schijven op vele manieren beïnvloeden en ervoor zorgen dat ze snel massa verliezen, wat de tijd en het materiaal beperkt dat beschikbaar is om planeten te vormen. Als we begrijpen hoe deze schijven evolueren, kunnen we de vorming van planeten en ons zonnestelsel beter begrijpen.’
Een belangrijk fenomeen in dit proces is de zogeheten externe foto-verdamping: heldere sterren in de buurt verhitten de schijven zodanig dat ze het materiaal van de schijven verdampen en in sommige gevallen zelfs volledig vernietigen. ‘Onze vorige simulaties laten zien dat externe foto-verdamping een van de belangrijkste processen is bij het wegnemen van massa van de schijven.’ In haar nieuwe simulaties wil Concha-Ramirez het proces van stervorming in haar simulaties implementeren. ‘Door het simuleren van het ineenstorten van een moleculaire wolk en de daaropvolgende stervorming, kunnen we begincondities krijgen die meer lijken op echte stervormingsgebieden.
‘De simulaties van foto-verdampende schijven zijn computationeel gezien al zeer intensief,’ legt Concha-Ramirez uit. ‘Zo nemen ze vaak meerdere weken in beslag. Als we daar stervorming aan toevoegen duurt het hele proces nog langer! Met toegang tot deze supercomputer kunnen we deze intensieve en gedetailleerde simulaties in een veel kortere tijd draaien. Bovendien kunnen we die simulaties vaker herhalen, wat leidt tot een betrouwbaarder resultaat.’
Jelger Risselada, Niek van Hilten & Jeroen Methorst (Leids Instituut voor Chemisch Onderzoek)
Project: ’Multiscale simulations of membrane processes’
Computersysteem: Cartesius supercomputer (2.000.000 SBU)
Om zulke mechanismes op een efficiënte manier te onderzoeken maakt het trio gebruik van kunstmatige intelligentie. ‘We werken aan een zogeheten genetisch algoritme, een soort gesimuleerde evolutie. Hiermee kunnen we bepaalde kwaliteiten die virale remmers moeten hebben optimaliseren. Aan de hand van de moleculaire mechanismen die de computer gegenereerd, komen we tot nieuwe inzichten. Die helpen ons uiteindelijk om nieuwe en nog betere virusremmers te ontwikkelen.’