Космическая симфония: суперкомпьютер поможет ученым “слушать” черные дыры

Ученые надеются, что новый суперкомпьютер, построенный на физическом факультете Сиракьюсского университета, поможет идентифицировать звучание… космических черных дыр. Супермощный компьютер, получивший название SUGAR (SU Gravitational and Relativity Cluster), вскоре получит большой массив данных из Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology, Caltech), собранных в ходе двухлетних наблюдений обсерватории LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory).

Гравитационные волны рождаются в результате бурных событий, происходящих в разных уголках Вселенной, таких как столкновения черных дыр или вспышки сверхновых. Затем гравитационные волны со скоростью света распространяются во Вселенной. Существование этих волн было предсказано в 1916 году Альбертом Эйнштейном в рамках созданной им общей теории относительности. Но для создания прибора, который, возможно, позволит зарегистрировать волны гравитации, потребовались десятилетия. Создание детекторов LIGO завершилось в 2005 году, после чего последовали двухлетние испытания. Сегодня, наконец, ученые смогут приступить к поиску гравитационных волн. Тем не менее, параллельно с анализом первых массивов данных, будет вестись и непрерывная работа по улучшению чувствительности самих детекторов.

Но перед тем, как выделить “симфонию черных дыр” из данных LIGO, нужно понять, как же “звучат” эти колоссальные объекты. Ученые считают, что ключ к пониманию им может дать теория Эйнштейна. Мощность суперкомпьютера в совокупности с уравнениями Эйнштейна помогут создать модель распространения гравитационных волн, возникающих в результате столкновения двух черных дыр.

Черные дыры возникают в результате экстремального сжатия (коллапса) массивных звезд. Гравитационное поле этих объектов столь велико, что даже свет не может покинуть пределы их тяготения – вторая космическая скорость для находящихся в этой области тел превышает скорость света. Воображаемая поверхность, из-под которой не может выйти ничто, называется горизонтом событий. Черные дыры нельзя “увидеть” непосредственно в сколь угодно мощный телескоп, нельзя их обнаружить и при помощи других инструментов, основанных на волновых свойствах света. Предположить о существовании черной дыры в той или иной области Вселенной можно лишь на основе косвенных методов – по гравитационному влиянию черной дыры на окружающие объекты.

По словам ученых, участвующих в эксперименте, поиск гравитационных волн похож на слушание Вселенной – в ходе различных событий излучаются разные виды волн. Цель исследований – научиться выделять особые звуки, отвечающие той или иной волновой модели, на фоне общего шума данных LIGO.

Суперкомпьютер SUGAR состоит из 80 компьютеров, вобравших в себя мощь 320 процессоров; их совокупная оперативная память составляет 640 Гигабайт! Кроме того, в SUGAR предусмотрено 96 терабайт дискового пространства для хранения данных LIGO. А скоростной обмен данными обеспечивает отдельная оптоволоконная сеть, связывающая организации-партнеры, находящиеся в разных городах Соединенных Штатов.

Первые аккорды “космической симфонии” можно будет услышать уже совсем скоро - запуск суперкомпьютера и высокоскоростной системы связи запланирован на конец февраля.

Строительство гравитационного детектора LIGO инициировано Национальным научным фондом США (National Science Foundation) и осуществлено под руководством Калифорнийского и Массачусетского технологических институтов.

Варвара Бутковская