En avril 2019, la collaboration du télescope Horizon Event (EHT) a dévoilé la toute première image confirmant l'existence d'un trou noir.L'image montre le trou noir au centre de la galaxie Distant Messier 87 (M87), qui se trouve à plus de 50 millions d'années-lumière de la Terre.
À l'observateur extérieur, la révélation de la première image M87 a été l'aboutissement d'un effort pluriannuel qui a mis en commun les ressources, les installations, l'expertise et les outils du monde entier.L'EHT était loin d'être terminé, cependant, et en mai 2022, il a dévoilé une nouvelle image d'un trou noir, cette fois au centre de notre propre galaxie.
Les astronomes ont posé l'existence d'un trou noir au milieu de la Voie lactée depuis que Karl Jansky en 1933 a nommé le mystérieux signal radio provenant de notre Galaxy’s Center Sagittaire A * (sgr a *).Jusqu'à présent, cependant, les chercheurs n'ont pas pu confirmer son existence.En amenant les observateurs des principales installations d'observation astronomiques au monde avec des théoriciens qui utilisent l'informatique haute performance (HPC) pour développer des modèles d'accrétion et d'émission de trou noir, l'EHT a fourni des preuves définitives que l'hypothèse de Jansky est vraie.
Parmi les contributeurs du consortium EHT, il y a Prof.Dr.Luciano Rezzolla de l'Université Goethe Francfort, dont l'équipe a utilisé les ressources HPC au centre informatique haute performance Stuttgart (HLRS) et au Leibniz Supercomputing Center (LRZ) pour créer des modèles à haute résolution du trou noir.Les HLR et LRZ sont tous deux des centres membres du Gauss Center for Supercomputing (GCS).
"Notre équipe effectue des simulations en résolvant les équations de magnétohydrodynamique générale-relativiste (MHD) et de transfert radiatif", a expliqué Rezzolla."De cette façon, nous pouvons produire des images qui sont mathématiquement et physiquement cohérentes, et qui peuvent alors être comparées aux images provenant d'observations", a déclaré Rezzolla.«Pour M87, nous avons fait environ 60 000 images de simulation, mais pour Sgr A *, nous avons produit près de deux millions."
Calcul au centre de la galaxie
Bien qu'il semble contre-intuitif, les chercheurs d'EHT devaient créer de nombreuses autres images de simulation de SGR A * en raison de sa proximité relative avec la Terre. “Sgr A* is an object that we know very well from an astronomical point of view," Rezzolla said.«Il y a des décennies d'observations faites à de nombreuses longueurs d'onde différentes, qui mettent des contraintes sur nos modèles théoriques, et nous avons dû faire une enquête beaucoup plus approfondie pour nous convaincre que ce que nous voyions était un trou noir.D'un point de vue informatique, cela signifie utiliser beaucoup plus de simulations que nous ne le faisions de la modélisation M87, et non seulement en termes de résolution et de condition physique, mais en termes de modélisation microphysique, qui devait être révisée et étendue."
Tout en travaillant sur la galaxie M87, les chercheurs ont appris que la création de leurs codes aussi générique que possible garantirait non seulement qu'ils représentaient de nombreux phénomènes physiques complexes, peut-être inconnus, entourant un trou noir, mais aussi qu'ils pouvaient appliquer leurs méthodes àD'autres objets célestes comme Sgr a *.L'équipe travaille également en parallèle avec un groupe de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign et au National Center for Supercomputing Applications, (NCSA) et a déployé de nombreuses efforts pour vérifier que les codes de calcul respectifs des deux équipes sont conçus pour donner les mêmes résultatsLorsqu'on vous donne les mêmes entrées.
Essentiellement, les deux équipes suivent une approche similaire: premièrement, ils exécutent des simulations de MHD détaillées, qui produisent des modèles de la dynamique du plasma astrophysique à mesure que la gravité le tire dans le trou noir.Une fois les données de simulation disponibles, les chercheurs se concentrent alors sur le développement d'images qui non seulement reflètent avec précision les données des simulations, mais aussi ce qui serait observé à partir d'un observatoire terrestre. These images are then compiled together to create a rendering of the black hole’s “shadow," or the pattern of light and plasma circulating at the edges of the black hole.Parce que les trous noirs n'émettent pas de lumière, cette ombre est le seul moyen de révéler leur présence.
Les mises à niveau du système GCS renforcent les applications à forte intensité de données
Alors que le trou noir SGR A * était plus difficile à modéliser que le trou noir M87, Rezzolla a souligné les progrès informatiques, y compris les systèmes de nouvelle génération à la fois aux HLR et LRZ, qui ont aidé l'équipe à surmonter ces obstacles supplémentaires et à créer ses modèles plus efficacement que pourPendant le travail M87.«Nous avions de meilleurs codes et de meilleurs modèles pour ce travail, ainsi que l'accès à de meilleurs ordinateurs via GCS.Cela signifiait que nous pouvions exécuter beaucoup plus de modèles que nous pouvions gérer dans le passé, et que l'exécution était plus courte dans certains cas. That helped cut down our analysis time," he said.«Nous avons publié nos résultats sur M87 en 2019, ce qui signifiait que la plupart des travaux ont été effectués en 2018, et le même calendrier est vrai ici, vous envisagez donc un écart de 4 ans dans les machines et pouvez voir un grand saut de performance."
Ayant atteint cette étape importante, l'équipe de Goethe University Francfort a commencé à concentrer ses efforts de recherche sur la recherche de la polarité légère dans ses simulations.Les astronomes ont au moins deux théories différentes sur le rôle que les champs magnétiques jouent lorsque le plasma s'accumule sur un trou noir.En étudiant comment la lumière se déplace et se plie dans cet espace, Rezzolla et son équipe visent à améliorer notre compréhension d'un phénomène que nous avons seulement commencé à comprendre.
Rezzolla a indiqué qu'à l'avenir, l'équipe souhaite travailler plus près avec le personnel de support des utilisateurs dans les centres GCS pour aider à optimiser son code de calcul, en particulier pour profiter des accélérateurs GPU, qui sont devenus une technologie informatique de plus en plus importante qui peut aider les chercheurs qui travaillentsur plus d'applications à forte intensité de données.
Funding for Hawk was provided by Baden-Württemberg Ministry for Science, Research, and the Arts and the German Federal Ministry of Education and Research through the Gauss Centre for Supercomputing (GCS).
Le financement de SuperMUC-NG a été fourni par le ministère des Sciences de l'État bavarois et les arts et le ministère fédéral allemand de l'éducation et de la recherche par le biais du Gauss Center for Supercomputing (GCS).
