Mesmo após a medição direta de suas ondas gravitacionais, ainda existem mistérios em torno dos buracos negros. O que acontece quando dois buracos negros se fundem, ou quando as estrelas colidem com um buraco negro? Isso agora foi simulado por pesquisadores da Goethe University Frankfurt e do Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) usando um novo método numérico. O código de simulação "ExaHyPE" está desenhado de forma a poder calcular as ondas gravitacionais na futura geração de supercomputadores exascale.
O desafio de simular buracos negros está na necessidade de resolver o complexo sistema de equações de Einstein. Isso só pode ser feito numericamente e explorando o poder dos supercomputadores paralelos. A precisão e a rapidez com que uma solução pode ser aproximada depende do algoritmo usado. Nesse caso, a equipe chefiada pelo professor Luciano Rezzolla, do Instituto de Física Teórica da Universidade Goethe e da FIAS, alcançou um marco. À longo prazo, este trabalho teórico poderia expandir as possibilidades experimentais de detecção de ondas gravitacionais de outros corpos astronômicos além de buracos negros.
O novo método numérico, que emprega as idéias do físico russo Galerkin, permite o cálculo de ondas gravitacionais em supercomputadores com altíssima precisão e velocidade. "Alcançando este resultado, que tem sido o objetivo de muitos grupos em todo o mundo por muitos anos, não foi fácil, "diz o Prof. Rezzolla." Embora o que conquistamos seja apenas um pequeno passo em direção à modelagem de buracos negros realistas, esperamos que nossa abordagem se torne o paradigma de todos os cálculos futuros. "
Computadores Exascale - tão rápidos quanto o cérebro humano?
A equipa Rezollas faz parte de uma colaboração a nível europeu com o objetivo de desenvolver um código de simulação numérica para ondas gravitacionais, "ExaHyPE", que pode explorar o poder dos supercomputadores "exascale". Embora ainda não tenham sido construídos, cientistas de todo o mundo já estão estudando como usar máquinas exascale. Esses supercomputadores representam a evolução futura dos supercomputadores "petascale" de hoje, e espera-se que sejam capazes de realizar tantas operações aritméticas por segundo quanto os insetos existentes na Terra. Este é um número com 18 zeros e presume-se que tais supercomputadores serão comparáveis à capacidade do cérebro humano.
Enquanto aguardam a construção dos primeiros computadores "exascale", os cientistas do ExaHyPE já estão testando seu software nos maiores centros de supercomputação disponíveis na Alemanha. Os maiores são os do centro de supercomputação LRZ de Leibniz, em Munique, e o centro de computação de alto desempenho HLRS em Stuttgart. Esses computadores já são construídos com mais de 100, 000 processadores e se tornará muito maior em breve.
Simulando tsunamis e terremotos
Por causa das analogias nas equações subjacentes, os novos algoritmos matemáticos permitem a investigação de tsunamis e terremotos, além de objetos compactos astrofísicos, como buracos negros e estrelas de nêutrons. Desenvolvendo os novos algoritmos de computador, que será capaz de descrever matematicamente os sólidos, líquidos e gases dentro das teorias de eletromagnetismo e gravitação, é o objetivo do projeto de investigação financiado pela Comissão Europeia através do Programa de Investigação e Inovação Horizonte 2020 da União Europeia. Os cientistas baseados em Frankfurt trabalham em estreita colaboração com colegas de Munique (Alemanha), Trento (Itália) e Durham (Grã-Bretanha).
"O aspecto mais emocionante do projeto ExaHyPE é a combinação única de física teórica, matemática aplicada e ciência da computação, "diz o professor Michael Dumbser, líder da equipe de Matemática Aplicada em Trento. "Apenas a combinação dessas três disciplinas diferentes nos permite explorar o potencial dos supercomputadores para compreender a complexidade do universo."