Universiteit Leiden

nl en

Van oerknal tot algoritme

Slimme algoritmes en krachtige processoren zijn voor de sterrenkunde net zo essentieel als grote telescopen. Leidse astronomen bewegen zich daarom voortdurend op het raakvlak van sterrenkunde en data science.

Wat gebeurde er kort na de Big Bang? Hoe ontstaan zwarte gaten en melkwegstelsels? Hoe bewegen alle sterren in ons melkwegstelsel ten opzichte van elkaar? Om de antwoorden op dergelijke vragen te vinden, gebruiken astronomen niet alleen enorme telescopen en andere meetapparatuur. De gigantische berg data die deze instrumenten opleveren, verwerken ze met behulp van computers en slimme algoritmes. Vandaar dat data science bij de Leidse sterrenkundigen een cruciale rol speelt.

Ontstaan van zwarte gaten

‘Neem LOFAR, een radiotelescoop die bestaat uit een netwerk van duizenden radio-antennes in verschillende Europese landen’, vertelt Huub Röttgering, hoogleraar Observationele Kosmologie en directeur van de Sterrewacht Leiden. ‘Daarmee meten we signalen uit de ruimte, van deeltjes die afkomstig zijn uit het grensgebied rond zwarte gaten. Op grond van die signalen krijgen we een beeld van de zwarte gaten aan de rand van het heelal. Die zwarte gaten zijn gevormd kort na de oerknal en kunnen ons iets leren over het ontstaan van zwarte gaten in het algemeen.’

Halfjaar rekenen

Het omzetten van de ontvangen signalen naar kleurrijke kaarten heeft echter nogal wat voeten in de aarde. ‘Alle antennes bij elkaar leveren iedere acht seconden een terabyte aan data op’, zegt Röttgering, die een kaart van een klein deel van het heelal laat zien. ‘Deze kaart is het resultaat van acht uur lang meten. Om de data te verwerken, moest een supercomputer echter maanden rekenen.’

Dat heeft deels te maken met de hoeveelheid binnenkomende data: hoe sluis je bijvoorbeeld al die grote databestanden naar Leiden? Het heeft ook te maken met het ‘opschonen’ van de data: allerlei ruis, veroorzaakt door bijvoorbeeld een vliegtuig, moet worden verwijderd. Ook voor trillingen, veroorzaakt door de atmosfeer, moeten de data worden gecorrigeerd. En ook onregelmatigheden door minuscule verschillen in de ontvangsttijden van de antennes moeten door de computer achteraf gladgestreken worden.

Kaart van het 'sausage field' waar de supercomputer maanden aan heeft moeten rekenen.

Oplossingen ontwikkelen

Veel onderzoeksprojecten zoals LOFAR hebben te maken met dergelijke problemen. Het ontwikkelen van oplossingen hoort voor de Leidse astronomen als vanzelfsprekend bij hun vakgebied. ‘Het terugbrengen van de rekentijd met behulp van slimme algoritmes is een van de methodes die we toepassen’, vertelt Röttgering. Ook parallellisering, het ophakken van de rekenopgave in delen en die gelijktijdig laten uitrekenen door meerdere processoren, is een essentiële techniek.

Afgestudeerde sterrenkundigen populair

De ontwikkeling van soft- en hardware-oplossingen is voor de Leidse astronomen dus net zo belangrijk als het ontwikkelen van theorieën over het heelal. Juist deze brede oriëntatie maakt de Leidse studie Sterrenkunde erg aantrekkelijk voor studenten. ‘We hebben nu meer dan honderd eerstejaars studenten. Dat is veel meer dan vroeger, toch vinden ze allemaal een baan.’, zegt Röttgering. ‘Doordat de studenten tijdens hun studie erg veel wis- en natuurkunde krijgen, en ook nog hands-on bezig zijn met informatica, maakt het dat ze ook buiten de sterrenkunde zeer gewild zijn.’

Sterrewacht Leiden
LOFAR

Deze website maakt gebruik van cookies. Meer informatie