Även efter den direkta mätningen av deras gravitationella vågor, det finns fortfarande mysterier kring svarta hål. Vad händer när två svarta hål smälter samman, eller när stjärnor kolliderar med ett svart hål? Detta har nu simulerats av forskare från Goethe University Frankfurt och Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) med en ny numerisk metod. Simuleringskoden "ExaHyPE" är utformad på ett sådant sätt att den kommer att kunna beräkna gravitationella vågor på den framtida generationen av exascale superdatorer.
Utmaningen med att simulera svarta hål ligger i behovet av att lösa det komplexa Einsteins ekvationssystem. Detta kan endast göras numeriskt och utnyttja kraften till parallella superdatorer. Hur exakt och hur snabbt en lösning kan approximeras beror på vilken algoritm som används. I detta fall, teamet som leds av professor Luciano Rezzolla från Institutet för teoretisk fysik vid Goethe -universitetet och FIAS nådde en milstolpe. På lång sikt, detta teoretiska arbete kan utöka de experimentella möjligheterna för att detektera gravitationella vågor från andra astronomiska kroppar förutom svarta hål.
Den nya numeriska metoden, som använder idéerna från den ryska fysikern Galerkin, tillåter beräkning av gravitationsvågor på superdatorer med mycket hög noggrannhet och hastighet. "Att nå detta resultat, som har varit målet för många grupper världen över i många år, var inte lätt, "säger professor Rezzolla." Även om det vi åstadkommit bara är ett litet steg mot att modellera realistiska svarta hål, vi förväntar oss att vårt tillvägagångssätt kommer att bli paradigmet för alla framtida beräkningar. "
Exascale -datorer - lika snabbt som människans hjärna?
Rezollas-teamet är en del av ett europeiskt samarbete med målet att utveckla en numerisk simuleringskod för gravitationsvågor, "ExaHyPE", som kan utnyttja kraften hos "exascale" superdatorer. Även om de ännu inte har byggts, forskare runt om i världen studerar redan hur man använder exascale -maskiner. Dessa superdatorer representerar den framtida utvecklingen av dagens "petascale" superdatorer, och förväntas kunna utföra lika många räkneoperationer per sekund som det finns insekter på jorden. Detta är ett tal med 18 nollor och det antas att sådana superdatorer kommer att vara jämförbara med den mänskliga hjärnans kapacitet.
Medan de väntar på att de första "exascale" datorerna ska byggas, ExaHyPE -forskarna testar redan sin programvara på de största superdatorcentren som finns i Tyskland. De största är de på Leibniz superdatorcenter LRZ i München, och det högpresterande datacenteret HLRS i Stuttgart. Dessa datorer är redan konstruerade med mer än 100, 000 processorer och kommer att bli mycket större snart.
Simulera tsunamier och jordbävningar
På grund av analogierna i de underliggande ekvationerna, de nya matematiska algoritmerna tillåter undersökning av tsunamier och jordbävningar utöver astrofysiska kompakta objekt som svarta hål och neutronstjärnor. Utveckla de nya datoralgoritmerna, som kommer att kunna matematiskt beskriva fasta ämnen, vätskor och gaser inom teorierna om elektromagnetism och gravitation, är målet för det forskningsprojekt som finansieras av EU -kommissionen genom Europeiska unionens Horisont 2020 -program för forskning och innovation. De Frankfurtbaserade forskarna arbetar nära tillsammans med kollegor från München (Tyskland), Trento (Italien) och Durham (Storbritannien).
"Den mest spännande aspekten av ExaHyPE -projektet är den unika kombinationen av teoretisk fysik, tillämpad matematik och datavetenskap, "säger professor Michael Dumbser, ledare för Applied Mathematics -teamet i Trento. "Endast kombinationen av dessa tre olika discipliner tillåter oss att utnyttja superdatornas potential för att förstå universums komplexitet."
