Snímek místní supermasivní černé díry si vyžádal 100 milionů CPU hodin
16.5.2022, Jan Vítek, aktualita
Snímek supermasivní černé díry známé jako Sagittarius A* možná vypadá jako rozmazaná žhnoucí kobliha, ovšem skrývá se za něm hodně práce, času i výkonu, stejně jako když se rodil starší snímek středu galaxie M87.
Už před třemi lety jsme očekávali, že nám astronomové pomocí EHT (Event Horizon Telescope) ukáží snímek černé díry z naší vlastní galaxie, čili objekt Sagittarius A*. Namísto toho si ale vybrali mnohem vzdálenější, ale také větší objekt ze středu galaxie M87, a to hlavně proto, že máme na něj lepší výhled než na objekt, mezi nímž a námi obíhá obrovské množství hvězd nehledě na mezihvězdný materiál.
Nyní už však skutečně přišel čas i na naši místní supermasivní černou díru, která je sice mnohem menší než objekt ve středu M87, ale i tak jde o ekvivalent cca čtyř milionů Sluncí. Dělí ji také od nás jen 27 tisíc světelných let, zatímco M87 je vzdálená přes 50 milionů sv. let.
Snímek Sagittaria A* si stejně jako v předchozím případě vyžádal petabajty úložného prostoru pro data celé řady rádiových teleskopů zapojených do EHT a tento objem dat musel být následně zpracován. S tím vším pomáhal především superpočítač Frontera z Texas Advanced Computing Center a také NSF Open Science Grid.
V přepočtu na výkon "běžných" procesorových jader si tento úkol vyžádal 100 milionů hodin a zapojení 300 výzkumníků, kteří pracovali na výsledném snímku. Zhruba osmdesát procent práce, pokud jde o procesorový čas, tu odvedl právě systém Frontera se svým výkonem 23,5 PetaFLOPS (aktuálně 13. v žebříčku TOP500). Tento superpočítač disponuje přes 16 tisíci procesory Xeon Platinum 8280 s celkem 448.448 jádry. Zbytek pak obstaral zmíněný Science Grid, což je distribuovaný systém výpočtů.
A k čemu byl zapotřebí takový výkon? Jednoduše k provedení velkého počtu simulací fyzikálních modelů a jejich porovnání se skutečně zachycenými daty z rádiových teleskopů. Cílem bylo ukázat na ty modely, které nejlépe odpovídaly datům a astronomové přitom poukazují na to, že vybrané modely odpovídají nejen tomu, co ukázal EHT, ale i další přístroje a teorie.
Jde tu i o velikost prstence materiálu kolem tmavého středu, v němž se nachází samotná černá díra. Celý snímek přitom ukazuje oblast velkou jen cca 10 světelných minut, čili prstenec má průměr srovnatelný se vzdáleností Země od Slunce. Právě to dle Geoffreyho Bowera z projektu EHT plně odpovídá předpokladům založeným na Einsteinově Obecné teorii relativity.
Můžeme se také ptát, proč se na snímku ukazují tři světlá místa. Ve skutečnosti by mělo jít o vždy jeden a ten samý hotspot tvořený naakumulovaným materiálem spirálovitě přitahovaným černou dírou, ovšem ve třech expozicích. Rotace akrečního disku materiálu ostatně probíhá velice rychle a jde tu o pár desítek minut, které trvá jeden oběh.
Možná bychom také očekávali, že budeme sledovat naši černou díru z boku, čemuž bude odpovídat i tvar disku rotujícího materiálu. Zde je ovšem třeba vzít v potaz jednak to, že supermasivní černé díry dle aktuálních poznatků nemívají osu své rotace kolmou na ekliptiku celé galaxie, čili my nesledujeme SgrA* z boku, kdy by jeho osa rotace tvořila pomyslnou kolmici.
Zdroj: NASA
Navíc, i kdybychom černou díru z takového úhlu sledovali, stejně by se akreční disk neukázal jako horizontální pruh, neboť extrémní gravitace by obraz značně pokřivila, respektive jeho část rovnou zdvojila. NASA na základě nového snímku přitom tvrdí, že se na naši supermasivní černou díru díváme spíše více seshora, než abychom ji sledovali z boku.
