Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Offbeat

Tarian terakhir dari mitra lubang hitam yang tidak setara – ScienceDaily


Memecahkan persamaan relativitas umum untuk lubang hitam yang bertabrakan bukanlah hal yang mudah.

Fisikawan mulai menggunakan superkomputer untuk mendapatkan solusi untuk masalah yang terkenal keras ini pada tahun 1960-an. Pada tahun 2000, tanpa solusi yang terlihat, Kip Thorne, Pemenang Nobel 2018 dan salah satu perancang LIGO, terkenal bertaruh bahwa akan ada pengamatan gelombang gravitasi sebelum solusi numerik tercapai.

Dia kalah taruhan ketika, pada tahun 2005, Carlos Lousto, kemudian di The University of Texas di Brownsville, dan timnya menghasilkan solusi menggunakan superkomputer Lonestar di Texas Advanced Computing Center. (Secara bersamaan, grup di NASA dan Caltech mendapatkan solusi independen.)

Pada 2015, ketika Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) pertama kali mengamati gelombang seperti itu, Lousto terkejut.

“Kami membutuhkan waktu dua minggu untuk menyadari bahwa ini benar-benar dari alam dan bukan dari memasukkan simulasi kami sebagai tes,” kata Lousto, sekarang seorang profesor matematika di Rochester Institute of Technology (RIT). “Perbandingan dengan simulasi kami sangat jelas. Anda bisa melihat dengan mata telanjang bahwa itu adalah penggabungan dua lubang hitam.”

Lousto kembali lagi dengan tonggak relativitas numerik baru, kali ini menyimulasikan penggabungan lubang hitam di mana rasio massa lubang hitam yang lebih besar dengan yang lebih kecil adalah 128 banding 1 – masalah ilmiah di batas paling dari apa yang dimungkinkan secara komputasi. . Senjata rahasianya: superkomputer Frontera di TACC, superkomputer terkuat kedelapan di dunia dan tercepat di universitas mana pun.

Penelitiannya dengan kolaborator James Healy, didukung oleh National Science Foundation (NSF), diterbitkan di Surat Review Fisik minggu ini. Mungkin diperlukan beberapa dekade untuk mengkonfirmasi hasil secara eksperimental, tetapi tetap berfungsi sebagai pencapaian komputasi yang akan membantu mendorong bidang astrofisika ke depan.

“Pemodelan pasangan lubang hitam dengan massa yang sangat berbeda sangat menuntut komputasi karena kebutuhan untuk menjaga akurasi dalam berbagai resolusi kisi,” kata Pedro Marronetti, direktur program untuk fisika gravitasi di NSF. “Grup RIT telah melakukan simulasi paling canggih di dunia di bidang ini, dan masing-masing membawa kita lebih dekat untuk memahami pengamatan yang akan disediakan oleh detektor gelombang gravitasi dalam waktu dekat.”

LIGO hanya mampu mendeteksi gelombang gravitasi yang disebabkan oleh lubang hitam bermassa kecil dan menengah dengan ukuran yang kurang lebih sama. Ini akan membutuhkan observatorium 100 kali lebih sensitif untuk mendeteksi jenis penggabungan yang telah dimodelkan Lousto dan Healy. Temuan mereka menunjukkan tidak hanya seperti apa gelombang gravitasi yang disebabkan oleh penggabungan 128: 1 bagi pengamat di Bumi, tetapi juga karakteristik dari lubang hitam gabungan terakhir termasuk massa akhir, putaran, dan kecepatan mundur. Ini menimbulkan beberapa kejutan.

“Lubang hitam gabungan ini dapat memiliki kecepatan yang jauh lebih besar dari yang diketahui sebelumnya,” kata Lousto. “Mereka dapat melakukan perjalanan dengan kecepatan 5.000 kilometer per detik. Mereka keluar dari galaksi dan berkeliaran di alam semesta. Itu prediksi menarik lainnya.”

Para peneliti juga menghitung bentuk gelombang gravitasi – sinyal yang akan dirasakan di dekat Bumi – untuk penggabungan seperti itu, termasuk frekuensi puncak, amplitudo, dan luminositas. Membandingkan nilai-nilai tersebut dengan prediksi dari model ilmiah yang ada, simulasi mereka berada dalam 2 persen dari hasil yang diharapkan.

Sebelumnya, rasio massa terbesar yang pernah diselesaikan dengan presisi tinggi adalah 16 banding 1 – delapan kali lebih rendah dari simulasi Lousto. Tantangan untuk mensimulasikan rasio massa yang lebih besar adalah bahwa hal itu membutuhkan penyelesaian dinamika sistem yang berinteraksi pada skala tambahan.

Seperti model komputer di banyak bidang, Lousto menggunakan metode yang disebut penyempurnaan mesh adaptif untuk mendapatkan model yang tepat dari dinamika lubang hitam yang berinteraksi. Ini melibatkan penempatan lubang hitam, ruang di antara mereka, dan pengamat jauh (kita) pada kisi atau jaring, dan menyempurnakan bidang jaring dengan detail yang lebih besar di tempat yang diperlukan.

Tim Lousto mendekati masalah tersebut dengan metodologi yang dia bandingkan dengan paradoks pertama Zeno. Dengan membagi separuh dan membagi separuh rasio massa sambil menambahkan tingkat kehalusan jaringan internal, mereka dapat beralih dari rasio massa lubang hitam 32: 1 menjadi sistem biner 128: 1 yang menjalani 13 orbit sebelum penggabungan. Di Frontera, dibutuhkan tujuh bulan komputasi konstan.

“Frontera adalah alat yang sempurna untuk pekerjaan itu,” kata Lousto. “Masalah kami membutuhkan prosesor, komunikasi, dan memori berkinerja tinggi, dan Frontera memiliki ketiganya.”

Simulasi bukanlah akhir dari jalan. Lubang hitam dapat memiliki berbagai putaran dan konfigurasi, yang memengaruhi amplitudo dan frekuensi gelombang gravitasi yang dihasilkan penggabungan mereka. Lousto ingin menyelesaikan persamaan 11 kali lebih banyak untuk mendapatkan rentang pertama “template” yang mungkin untuk dibandingkan dengan deteksi di masa mendatang.

Hasilnya akan membantu para perancang detektor gelombang gravitasi berbasis Bumi dan angkasa di masa depan merencanakan instrumen mereka. Ini termasuk detektor gelombang gravitasi berbasis darat generasi ketiga yang canggih dan Laser Interferometer Space Antenna (LISA), yang ditargetkan untuk diluncurkan pada pertengahan 2030-an.

Penelitian ini juga dapat membantu menjawab misteri mendasar tentang lubang hitam, seperti bagaimana beberapa lubang hitam bisa tumbuh begitu besar – jutaan kali massa Matahari.

“Superkomputer membantu kami menjawab pertanyaan-pertanyaan ini,” kata Lousto. “Dan masalah tersebut menginspirasi penelitian baru dan memberikan obor kepada generasi siswa berikutnya.”

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Hongkong Prize