Wenn Unsichtbares sichtbar wird
Ein dünnes Netz spannt sich über den Bildschirm. Nach ein paar Klicks entstehen bunte Knoten, Farben schillern – kosmisches Leuchten, hinter dem ein Code aus Münster steckt. Mit ihrer Visualisierung ist es einem Projektteam aus der Arbeitsgruppe von Prof. Klaus Hinrichs gelungen, komplexe Strukturen in Simulationsdaten Dunkler Materie darzustellen. Beim renommierten "IEEE 2015 Scientific Visualization Contest" in den USA gewannen die Münsteraner vor zwei Jahren den ersten Preis. Im April 2017 ist der Beitrag als Paper erschienen.
Bei dem Wettbewerb ging es darum, ein Computerprogramm zur Visualisierung von Simulationsdaten zu Dunkler Materie zu entwickeln. "Während die internationalen Teams größtenteils aus etablierten Wissenschaftlern bestanden, haben bei uns vier Bachelor- und Masterstudierende die Aufgabe im Rahmen eines Projektseminars bearbeitet", berichtet Klaus Hinrichs, der die Arbeitsgruppe Visualisierung und Computergrafik am Institut für Informatik leitet. Das Team der Universität Münster entwickelte ein Konzept, das nicht nur viele Forschungsdaten am Computer sichtbar macht, sondern die Jury auch durch eine gute grafische Darstellung überzeugte.
Zusätzlichen fachlichen Input lieferte Alexander Fieguth vom Institut für Kernphysik, die angehenden Informatiker tüftelten an einer geeigneten grafischen Umsetzung. Welche Aspekte finden Physiker besonders wichtig? Wie kann die Informatik zu einer umfassenden Darstellung beitragen? "Den fachlichen Austausch empfand ich als sehr bereichernd", erinnert sich Aaron Scherzinger, der mit Tobias Brix und Klaus Hinrichs für die Leitung des Projektseminars verantwortlich war und Erstautor des Papers ist.
Weil der Nachweis Dunkler Materie bisher nicht gelungen ist, arbeiten Physiker mit einem Modell. Dabei beobachten sie in einer Simulation das Verhalten kleiner Partikel, die als vereinfachte Darstellung der rätselhaften Masse dienen: Wie schnell sind die Partikel zu welchem Zeitpunkt? Wohin bewegen sie sich? Und wie sehr ziehen sie einander an?
Als Grundlage diente das Visualisierungsprogramm "Voreen", eine Entwicklung für den Sonderforschungsbereich 656 Molekulare kardiovaskuläre Bildgebung (MoBil) zur medizinischen Bildgebung. Ursprünglich diente es dazu, medizinische Daten zu visualisieren, zum Beispiel aus Computertomographie- oder Magnetresonanztomographie-Scannern. Später wurde Voreen erweitert, um große Datensätze aus der Lichtblattmikroskopie sichtbar zu machen. Für den Visualisierungswettbewerb passten die Informatiker die Funktionen der Anwendung an und entwickelten neue Visualisierungstechniken, die sich leicht in die flexible Software integrieren ließen.
Juliette Polenz
Dieser Text stammt aus der Universitätszeitung "wissen|leben" Nr. 3, 24. Mai 2017.
Dunkle Materie
Ob es Dunkle Materie überhaupt gibt, ist ein ungelöstes Rätsel der Physik, ihr Nachweis gilt als nobelpreiswürdig. Vor etwa 80 Jahren fand der Astronom Fritz Zwicky erste Hinweise, als er Galaxienhaufen beobachtete. Dabei stellte er fest, dass ihre eigentliche Schwerkraft nicht ausreichte, um sie zusammenhalten – er vermutete eine große Menge unsichtbarer Materie, deren Existenz sich nur über ihre Schwerkraft äußert. In den folgenden Jahrzehnten kamen weitere Indizien hinzu. Heute gibt es weltweit mehrere Großprojekte zur Detektion Dunkler Materie – auch Wissenschaftler der Universität Münster sind daran beteiligt.