петък, ноември 26, 2010

Екстремна симулация на сливане на черни дупки с маси 100 към 1



Снимка от клип, показващ изчислените хоризонти на голяма и малка черни дупки малко преди сливането им и последиците от това. Изобразени са осцилациите предизвикани от малката черна дупка, падащи в компаньона й. В този момент на сливане, радиуса на голямата черна дупка нараства с абсорбирането на масата на малката. (Credit: Simulation by Carlos Lousto and Yosef Zlochower; visualization by Hans-Peter Bischof at the Center for Computational Relativity and Gravitation at Rochester Institute of Technology)


ScienceDaily (Nov. 19, 2010) — Учените са симулирали, за първи път, сливането на две черни дупки с големи разлики в размерите, като масата на едната е 100 пъти по-голяма от другата. Това екстремно съотношение на масата 100:1 чупи рекорди в областта на числовата релативност и гравитационната вълнова астрономия.

Досега, проблема при симулирането на сливане на двойка черни дупки с големи разлики в размерите остана неизследван регион.

"Природата не сблъсква черни дупки с еднакви маси," казва Carlos Lousto, сътрудничещ професор по математически науки в Rochester Institute of Technology и член на Center for Computational Relativity and Gravitation. "Те имат съотношение на масите от 1:3, 1:10, 1:100 или дори 1:1 милион. Това ни поставя в по-добра ситуация за симулиране на реалистични астрофизични сценарии и за предсказването какво би трябвало да виждат наблюдателите и какво да гледат.

"Лидерите в тази област вярваха, че разрешаването на проблема със съотношението на масите 1:00 ще отнеме от 5 до 10 години при значителен напредък на изчислителната техника. Смяташе се, че това е технологично невъзможно."

"Тези симулации станаха възможни едновременно поради напредъка в мащабирането и представянето на сравнителните компютърни кодове на хиляди процесори, и напредъка в нашето разбиране на това как да калибрираме условията, които могат да бъдат модифицирани за да се само-адаптират към големите разлиичия в мащабите,” добавя Yosef Zlochower, асистент професор по математически науки и член на центъра.

Статия обявяваща откритията на Lousto и Zlochower беше изпратена за публикация в Physical Review Letters.

Единствената предишна симулация описваща екстремно следване на черни дупки се фокусира върху сценария със съотношение 1:10. Тези техники не можеха да се разширят в по-голям мащаб, обясни Lousto. За да се справят с големите съотношения на масите, той и Zlochower са развили цифрови и аналитични техники базиране на подхода на движещите се пунктури – пробив, създаден с Manuela Campanelli, директор на Center for Computational Relativity and Gravitation, което доведе до първите симулации на черни дупки при суперкомпютрите в 2005.

Гъвкавите техники, които са развили Lousto и Zlochower за този сценарий също важат и за въртяща се двойка черни дупки и за случаи, включващи по малки съотношения на маси. Тези методи са позволили на учените да изучават лимитите на съотношенията на масите за да моделират наблюдателни ефекти.

Lousto и Zlochower са използвали ресурсите на Texas Advanced Computer Center, home to the Ranger supercomputer, за да обработят масивните изчисления. На компютъра, който има 70 000 процесора, му е отнело близо 3 месеца да завърши симулацията описваща най-крайното съотношение на маси на сливащи се черни дупки.

"Тяхната работа тества лимита на способностите ни днес,” казва Campanelli. "Сега имаме инструментите, с които да се справим с нова система.”

Симулации като тази на Lousto и Zlochower ще помогнат на астрономите да засекат сливания на черни дупки с големи различия в големината използвайки бъдещата напреднала LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) и космическата сонда LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Симулациите на сливания на черни дупки предоставят шаблони на астрономите опитващите се да разпознаят уликите, които оставят тези масивни сблъсъци. Наблюдавайки и измервайки гравитационните вълни създадени, когато черните дупки се обединяват, биха могли да потвърдят ключово предсказание на общата теория на относителността на Айнщайн.

Източник: ScienceDaily

Няма коментари:

Публикуване на коментар