Dr. Rolf Kuiper ist neuer Professor für Theoretische Physik an der Universität Duisburg-Essen (UDE). Sein Fachgebiet ist die Planetenforschung. Mit einem sogenannten Supercomputer modelliert er mit seiner Forschungsgruppe physikalische Phänomene wie Planeten oder Schwarze Löcher.

„Es ist eine der ältesten Fragen und Bestrebungen der Menschheit, verstehen zu wollen, woher wir kommen und was die Erde im Innersten zusammenhält“, sagt Rolf Kuiper. Dass es ihm in der Astrophysik möglich sei, Methoden zu erlernen, die ihm dabei helfen, „eine Vielzahl an unterschiedlichen Systemen wie Planeten, Sterne und Schwarze Löcher zu studieren und zu verstehen” habe ihn stets beeindruckt. 

Kuiper interessiert sich vor allem dafür, wie das Klima von früheren

Planeten-Atmosphären physikalisch entstehen konnte. An der UDE will der Physikprofessor erforschen, wie erdähnliche Gesteinsplatten, Gasriesen (Anm. d. Red.: Riesenplaneten, die zum größten Teil aus Helium und Wasserstoff bestehen) und Schwarze Löcher entstanden sind. Um die Entstehung dieser Phänomene zu untersuchen, werden sie mit einem Supercomputer modelliert: „Das fertige Modell liefert dann einen Datensatz für die räumliche Verteilung und zeitliche Entwicklung der physikalischen Größen wie unter anderem Massendichte, Geschwindigkeit, Temperatur, Druck und Magnetfeldstärke.” 

Planetensimulation durch Hochleistungsrechner

Anschließend wird der Datensatz analysiert. So können die Physiker:innen in seinem Team das komplexe Verhalten von Planeten, Sternen und Schwarzen Löchern verstehen und vorhersagen. 

Der Supercomputer ist ein Hochleistungsrechner, der auch als „besonders schneller Computer” bezeichnet wird. Kuipers Forschungsteam nutzt diesen Rechner als Ressource für die Planetensimulation, da er über mehrere 1000 bis zu 100.000 Rechenkerne verfügt. Rechenkerne sind die zentralen Prozessoren im Computer. Kleine Projekte können mit dem Rechner bereits in wenigen Minuten simuliert werden. Eines von Kuipers jüngsten Simulationsprojekten lief zirka drei Jahre lang auf 3000 Prozessorkernen. 

Erste Forschungserfolge

Die Forschung der Physiker:innen erzielte bereits erste Erfolge. So konnte die Forschungsgruppe unter anderem einen „neuartigen, dreidimensionalen, hydrodynamischen (Anm. d. Red.: Hydrodynamik ist die Lehre der Bewegungen von Flüssigkeiten und der dabei wirksamen Kräfte) sowie thermodynamischen Effekt (Anm. d. Red.: Thermodynamik gleich Wärmelehre) nachweisen und grob quantifizierens.” Des Weiteren gelangte Kuipers Team durch eine Modellierung von Vorläufern Schwarzer Löcher zu einer wichtigen Erkenntnis in der Entstehung dieser im frühen Universum.

Zukünftig erhofft der Physikprofessor sich eine Erklärung für die beobachtete Massenobergrenze von Sternen im Universum zu finden und „Vorhersagen treffen zu können, welche Umgebungsparameter eines frühen Planetensystems darüber entscheiden, ob ein Proto-Planet zu einem Gasriesen anwächst oder eine Super-Erde (Anm. d. Red.: umgangssprachlich für einen großen Planeten) formt”. Zudem stellt sich in der Forschungsarbeit stets die Frage, so Kuiper, wie neu entdeckte Phänomene und Effekte sich in künftigen Beobachtungen bemerkbar machen werden: „Solche Vorhersagen oder die Simulation synthetischer (Anm. d. Red.: künstlich) Beobachtungen hilft uns, die Bedeutung der theoretischen Entdeckung besser einschätzen zu können.”