تا حالا فکر کردی برای اینکه بزرگ‌ترین ساختارهای دنیا رو بررسی کنن، به سریع‌ترین کامپیوتر دنیا نیاز دارن؟ قضیه از این قراره که دانشمندها همین کار رو انجام دادن: سریع‌ترین ابرکامپیوتر جهان یعنی «Frontier» رو انداختن وسط گود تا بفهمن خوشه‌های کهکشانی چطور با انرژی عجیب‌غریب سیاه‌چاله‌های فوق‌سنگین کنار میان!
سیاه‌چاله‌ها خودشون رو دست کم نگیر! این غول‌ها میلیاردها برابر سنگین‌تر از خورشید هستن و یه جور انجین یا موتوری دارن به اسم Active Galactic Nucleus (یا همون هسته فعال کهکشانی)، که حسابی گرد و خاک می‌کنه! مثلاً حرارت، گرد و غبار، و کلی گاز رو ول می‌کنن تو فضا. یه بخشش توی دیسک داغ دور سیاه‌چاله دور می‌زنه—اگه نمی‌دونی، Accretion Disk یعنی همون حلقه یا دیسک جمع‌شدن مواد دور یه جرم سنگین که حسابی درخشان هم میشه—یه بخش گازهاش هم از کهکشان بیرون می‌زنه و تا کیلومترها اونورتر میره!
اونا با کمک Frontier دنبال این بودن که بفهمن این کهکشان‌ها چطور خودشون رو کنترل می‌کنن. یعنی چطور با وجود این همه انرژی مرگبار از هم وا نمی‌رن و بعد میلیاردها سال هنوز سالم موندن!
حالا بریم سراغ شبیه‌سازی شگفت‌انگیز این پروژه. تیم تحقیقاتی اومدن یه سیاه‌چاله رو که یه میلیارد برابر خورشیده، گذاشتن وسط یه خوشه‌ی کهکشانی که خودش به اندازه هزار برابر کل راه شیری جرم داره (یعنی اگه کل راه شیری یه وزنه باشه، این خوشه هزار تا از اون رو داره!). شبیه‌سازی جریان جت‌های سیاه‌چاله — منظور از جت، خروجی‌های سریع و قدرتمند انرژی و ذرات از اطراف سیاه‌چاله هست—رو برای میلیاردها سال بررسی کردن!
این جت‌ها اینقدر سریع هستن که حتی با قدرت ابرکامپیوتر هم مجبور شدن سرعتشون رو مصنوعی بیارن پایین، فقط تا ۵ درصد سرعت نور، یعنی باز هم باورنکردنی و تنده! این شبیه سازی نزدیک به دو میلیون مرحله (Step) طول کشید! و برای این کار ۷۰۰ هزار ساعت محاسباتی و بیشتر از ۱۷ هزار GPU—اینجا منظور همون پردازنده گرافیکی که کارش پردازش موازی محاسبات سنگینه—و نرم‌افزار اوپن سورسی به اسم AthenaPK نیاز بود. هیچ سیستم دیگه‌ای توان این حجم کار رو نداشت!
تا همین چند وقت پیش، یکی از سوالات مهم توی علم این بود: آیا واقعاً این سیستم‌ها می‌تونن میلیاردها سال با ثبات بمونن؟ آقای Grete که از پژوهشگران اصلیه می‌گه تنها راهی که میشد اینو تست کرد، استفاده از کامپیوترهای فوق‌حرفه‌ای با قدرت حافظه و CPU و GPU عجیب بود که بتونه حجم دیتای فوق‌سنگین رو تحمل کنه.
حالا چرا اینقدر Frontier مهمه؟ سرعتش ۲ اگزافلاپس هست (یعنی دو کوینتیلیون! محاسبه در ثانیه—عددش رو ببین اصلاً سرگیجه می‌گیری: ۱ با ۱۸ تا صفر جلوش!). این شبیه‌سازی برای اولین بار نشون داد بعضی رشته‌های گاز (بهشون می‌گن Filaments یعنی رشته یا نخ‌های طولانی گاز) چطوری دور خوشه کهکشانی تشکیل می‌شن. قبلاً فقط توی عکس‌های واقعی مثل خوشه «پرسئوس» این‌ها رو می‌دیدن، اما هیچ وقت کسی شبیه‌سازی‌شون نکرده بود!
دلیل تشکیل این رشته‌ها هم مشخص شد: بر اثر تلاطم (یا Turbulence) که بین گازهای سرد و پلاسما داغ—پلاسما یعنی همون حالت برقی و یونیزه‌ی ماده که خیلی داغه، توی اینجا تا ۱۰۰ میلیون کلوین هم می‌رسه!—و میدان مغناطیسی اطرافشونه به وجود میان. یه جورایی این خوشه‌ها با میدان مغناطیسی انرژی رو تنظیم می‌کنن تا سیستم پایدار بمونه و منفجر نشه!
دانشمندها می‌خوان ماجرا رو با فیزیک بیشتری جلو ببرن. مثلاً اثر پرتوهای کیهانی (Cosmic Ray یعنی ذرات فوق‌سریع و پرانرژی توی فضا) و رفتار پلاسما رو هم اضافه کنن تا جذاب‌تر بشه. آقای O’Shea از اعضای تیم گفته با کشف این پدیده‌ها شاید نه تنها بفهمیم خوشه کهکشانی چه خبره، بلکه بشه فهمید بعضی پدیده‌های دیگه مثل انفجار ابرنواخترها (Supernova یعنی مرگ مهیج ستاره‌های بزرگ!) و حتی آشوب توی دستگاه‌های گداخت هسته‌ای توکاماک (Tokamak یعنی وسیله‌ای برای آزمایش همجوشی هسته‌ای شبیه خورشید روی زمین) رو هم بهتر درک کنیم.
اگه دوست داری بیشتر بخونی مقاله‌شون هم تو مجله معروف The Astrophysical Journal منتشر شده. این یکی از اون دستاوردهایی بود که حد و مرز علم و تکنولوژی رو جابه‌جا کرد!
منبع: +
