Incluso después de la medición directa de sus ondas gravitacionales, todavía hay misterios en torno a los agujeros negros. ¿Qué sucede cuando dos agujeros negros se fusionan? o cuando las estrellas chocan con un agujero negro? Esto ahora ha sido simulado por investigadores de la Universidad Goethe de Frankfurt y el Instituto de Estudios Avanzados de Frankfurt (FIAS) utilizando un método numérico novedoso. El código de simulación "ExaHyPE" está diseñado de tal manera que podrá calcular ondas gravitacionales en la futura generación de supercomputadoras de exaescala.
El desafío en la simulación de agujeros negros radica en la necesidad de resolver el complejo sistema de ecuaciones de Einstein. Esto solo se puede hacer numéricamente y aprovechando la potencia de las supercomputadoras paralelas. La precisión y la rapidez con que se puede aproximar una solución depende del algoritmo utilizado. En este caso, el equipo encabezado por el profesor Luciano Rezzolla del Instituto de Física Teórica de la Universidad Goethe y la FIAS logró un hito. En el largo plazo, este trabajo teórico podría ampliar las posibilidades experimentales para detectar ondas gravitacionales de otros cuerpos astronómicos además de los agujeros negros.
El novedoso método numérico, que emplea las ideas del físico ruso Galerkin, permite el cálculo de ondas gravitacionales en supercomputadoras con muy alta precisión y velocidad. "Al alcanzar este resultado, que ha sido el objetivo de muchos grupos en todo el mundo durante muchos años, no fue facil ", dice el profesor Rezzolla." Aunque lo que logramos es sólo un pequeño paso hacia el modelado de agujeros negros realistas, esperamos que nuestro enfoque se convierta en el paradigma de todos los cálculos futuros ".
Computadoras a exaescala:¿tan rápidas como el cerebro humano?
El equipo de Rezollas forma parte de una colaboración a nivel europeo con el objetivo de desarrollar un código de simulación numérico para ondas gravitacionales, "ExaHyPE", que pueden explotar el poder de las supercomputadoras "exaescala". Si bien aún no se han construido, Los científicos de todo el mundo ya están estudiando cómo utilizar máquinas de exaescala. Estas supercomputadoras representan la evolución futura de las supercomputadoras de "petaescala" actuales, y se espera que puedan realizar tantas operaciones aritméticas por segundo como insectos haya en la Tierra. Este es un número con 18 ceros y se supone que tales supercomputadoras serán comparables a la capacidad del cerebro humano.
Mientras esperan que se construyan las primeras computadoras "a exaescala", Los científicos de ExaHyPE ya están probando su software en los mayores centros de supercomputación disponibles en Alemania. Los más grandes son los del centro de supercomputación LRZ de Leibniz en Munich, y el centro informático de alto rendimiento HLRS en Stuttgart. Estas computadoras ya están construidas con más de 100, 000 procesadores y pronto será mucho más grande.
Simulando tsunamis y terremotos
Debido a las analogías en las ecuaciones subyacentes, los nuevos algoritmos matemáticos permiten la investigación de tsunamis y terremotos además de objetos astrofísicos compactos como agujeros negros y estrellas de neutrones. Desarrollando los nuevos algoritmos informáticos, que podrá describir matemáticamente sólidos, líquidos y gases dentro de las teorías del electromagnetismo y la gravitación, es el objetivo del proyecto de investigación financiado por la Comisión Europea a través del Programa de Investigación e Innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea. Los científicos de Frankfurt trabajan en estrecha colaboración con colegas de Munich (Alemania), Trento (Italia) y Durham (Gran Bretaña).
"El aspecto más emocionante del proyecto ExaHyPE es la combinación única de física teórica, matemáticas aplicadas e informática, "dice el profesor Michael Dumbser, líder del equipo de Matemática Aplicada en Trento. "Sólo la combinación de estas tres disciplinas diferentes nos permite explotar el potencial de las supercomputadoras para comprender la complejidad del universo".
