Imagem de ontem mostrando o buraco negro supermassivo no centro de nossa galáxia, a Via Láctea, deve sua existência à engenhosidade humana-e ao nosso velho amigo, a CPU. Alcançado graças a uma parceria e pesquisa de cinco anos entre o conjunto do Event Horizon Telescope (EHT), o supercomputador Frontera no Texas Advanced Computing Center (TACC) e o Open Science Grid da NSF. A imagem de Sagitário A* (pronuncia-se A-star) e sua luz aprisionada reacende os sonhos e as maravilhas do nosso universo. Tudo isso está a 27.000 anos-luz da Terra e mostra uma imagem de um buraco negro tão supermassivo que estima-se que seja quatro milhões de vezes mais massivo que o Sol.
A tarefa em nível galáctico levou cerca de 100 milhões de horas de CPU e os esforços conjuntos de mais de 300 pesquisadores para se unir à imagem divulgada. Mas como alguém”vê”um buraco negro tão massivo que suas forças gravitacionais prendem até partículas em movimento na velocidade da luz? Bem, pode-se realmente ver os contornos do buraco negro prestando atenção à quantidade comparável de luz que realmente consegue escapar de seu horizonte de eventos. Para criá-lo, os pesquisadores usaram a interferometria, o poder de varredura baseado em ondas de rádio da matriz EHT, que inclui oito radiotelescópios implantados em todo o mundo. Mas a varredura de corpos celestes impossivelmente distantes vem com várias ressalvas, como o tempo de exposição (neste caso, o equivalente cósmico de fotografar uma árvore com uma velocidade de obturador de 1 segundo em um dia ventoso) e outros elementos como ruído de dados, interferência de partículas e corpos celestes. Tudo isso deve ser levado em conta.
Para esse esforço, os pesquisadores criaram uma biblioteca de simulação de buracos negros que alavancou as propriedades físicas conhecidas de buracos negros, relatividade geral e várias outras áreas científicas. A ideia era que essa biblioteca pudesse analisar a enorme quantidade de dados capturados pelo array EHT em uma imagem real e visualizável-mas para fazer isso, uma enorme quantidade de energia e computação não era apenas necessária-era obrigatória.
“Produzimos uma infinidade de simulações e as comparamos com os dados. O resultado é que temos um conjunto de modelos que explicam quase todos os dados”, disse Charles Gammie, pesquisador da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign. “É notável porque explica não apenas os dados do Event Horizon, mas os dados obtidos por outros instrumentos. É um triunfo da física computacional.”
A grande maioria das horas de computação necessárias-cerca de 80 milhões-foi executada no sistema Frontera da TACC, um sistema Dell baseado em CentOS Linux 7 de 23,5 petaflops, atualmente classificado como 13º na lista Top500 da supercomputação. A Frontera utiliza 448.448 núcleos de CPU, cortesia de 16.016 unidades dos chips Xeon Platinum 8280 da Intel, uma CPU da classe Broadwell com 28 núcleos Intel rodando a 2,7 GHz. As 20 milhões de horas restantes de simulação foram computadas no Science Grid aberto da NSF, que aproveita os ciclos de CPU não utilizados em uma forma de computação distribuída para desbloquear recursos de computação sem a necessidade de implantar supercomputadores caros e infraestrutura relacionada.
“Nós estávamos impressionado com o quão bem o tamanho do anel estava de acordo com as previsões da Teoria da Relatividade Geral de Einstein”, acrescentou Geoffrey Bower, um cientista do projeto EHT do Instituto de Astronomia e Astrofísica de Taipei. “Essas observações sem precedentes melhoraram muito nossa compreensão do que acontece no centro de nossa galáxia e oferecem novos insights sobre como esses buracos negros gigantes interagem com seus arredores.”
Os esforços dos pesquisadores certamente serão redobrados após o sucesso do empreendimento, e agora eles planejam fazer algo ainda mais extraordinário: em vez de uma única imagem estática, o próximo passo é filmar o buraco negro ao longo de um período de tempo, capturando a dança da onda e da partícula simultaneamente. como fótons para mostrar a dinâmica do buraco negro. Só podemos imaginar quantos milhões de horas de CPU esse esforço levará.
