ابرکامپیوتر جدید استرالیا تصویری چشمگیر از بقایای شگفت‌انگیز یک ابرنواختر را تولید کرد

پژوهشگرها در فاصله‌ی ۲۴ ساعت از دسترسی به اولین مرحله‌ی جدیدترین سیستم ابرکامپیوتری استرالیا، مجموعه‌ای از رصدهای رادیوتلسکوپی ازجمله تصویری بسیار دقیق از بقایای یک ابرنواختر را پردازش کردند. سرعت بسیار بالا و حجم عظیم تولید داده‌های تلسکوپ‌های رادیویی نسل جدیدی مثل ASKAP (مسیریاب آرایه‌ی کیلومتر مربعی استرالیایی) نیازمند نرم‌افزارهایی بسیار پرقدرت هستند که روی ابرکامپیوترها اجرا می‌شوند. اینجا است که نقش مرکز پژوهش‌های ابرکامپیوتری پاوسی و ابرکامپیوتر جدید آن به نام ستونیکس (Setonix) پررنگ می‌شود. نام این ابرکامپیوتر برگرفته از کوئوکا (Setonix brachyurus) جانور محبوب غرب استرالیا است.

ASKAP از ۳۶ آنتن بشقابی تشکیل شده است که همراه با یکدیگر یک تلسکوپ را می‌سازند و آژانس ملی علوم استرالیا (CSIRO) هدایت آن را برعهده دارد. داده‌های این تلسکوپ ازطریق فیبرهای نوری پرسرعت برای پردازش و تبدیل به تصاویر علمی به مرکز پاوسی ارسال می‌شوند. دانشمندان در مرحله‌ی مهمی از توسعه‌ی کامل ابرکامپیوتر، یکپارچه‌سازی نرم‌افزار پردازشی ASKAPsoft روی ستونیکس را انجام دادند که با نتایج بصری شگفت‌انگیزی همراه بود.

ردپای ستاره‌ای در حال مرگ

خروجی هیجان‌انگیز ابرکامپیوتر ستونیکس، تصویری خارق‌العاده از جرمی کیهانی موسوم به باقی‌مانده‌ی ابرنواختر G261.9+5.5 بود. طول عمر این ابرنواختر براساس تخمین‌ها به بیش از یک میلیون سال می‌رسد و در فاصله‌ی ۱۰ هزار تا ۱۵ هزار سال نوری از زمین قرار دارد. این جرم در ابتدا توسط اریک آرهیل، ستاره‌شناس رادیویی CSIRO در سال ۱۹۶۷ در گروه بقایای ابرنواختر طبقه بندی شد. او برای این کشف از تلسکوپ رادیویی پارکز CSIRO استفاده کرده بود.

بقایای ابرنواخترها (SNR-ها)، باقی‌مانده‌ی انفجارهای قدرتمند ستاره‌های در حال مرگ هستند. ماده‌ای که از این انفجار فوران می‌کند با سرعت‌های فراصوت به سمت محیط میان‌ستاره‌ای اطراف خود حرکت می‌کند و گاز و هر ماده‌ای را که بر سر راه آن قرار دارد، جارو و فشرده می‌کند و حرارت آن‌ها را افزایش می‌دهد.

علاوه بر این موج ضربه‌ای حاصل از چنین انفجاری می‌تواند میدان‌های مغناطیسی میان‌ستاره‌ای را فشرده کند. جریان‌هایی که در تصویر رادیویی G261.9+5.5 می‌بینیم حاصل الکترون‌های پرانرژی هستند که در این میدان‌های فشرده به دام می‌افتند. این جریان‌ها حاوی اطلاعاتی درباره‌ی تاریخچه‌ی ستاره‌ی منفجر‌شده و محیط میان‌ستاره‌ای اطراف آن هستند. ساختار بقایای ابرنواختر که در تصویر رادیویی ژرف ASKAP با دقت بالایی نشان داده شده است، امکان بررسی ویژگی‌های فیزیکی مثل میدان مغناطیسی و چگالی الکترون‌های پرانرژی محیط میان‌ستاره‌ای را با جزئیات بی‌سابقه‌ای فراهم می‌کند.

نام ابرکامپیوتر جدید برگرفته از کوئوکا است.

آزمایش ابرکامپیوتر

پردازش داده‌ای نقشه‌های نجومی ASKAP راهی برجسته برای آزمایش سیستم ابرکامپیوتری به‌خصوص نرم‌افزار پردازشی و سخت‌افزار آن است. در اینجا از مجموعه‌ داده‌ی بقایای ابرنواختر برای تست‌های اولیه‌ استفاده شد زیرا قابلیت‌های پیچیده‌ی این داده‌ها، چالش‌های پردازشی را افزایش می‌دهند. پردازش داده با ابرکامپیوتر کاری پیچیده است زیرا حالت‌های پردازشی مختلف می‌توانند مشکلات احتمالی متعددی را به وجود بیاورند. برای مثال، تصویر SNR با ترکیب داده‌هایی ساخته شد که از صدها فرکانس مختلف (یا رنگ) جمع‌آوری شده بودند و بدین‌ترتیب دانشمندان به نمایی ترکیبی از این جرم کیهانی رسیدند.

اما یک گنجینه‌ی اطلاعات مخفی در هر فرکانس مستقل وجود دارد. برای استخراج این اطلاعات باید از هر فرکانس تصویربرداری کرد و علاوه بر این به منابع محاسباتی پیچیده و فضای دیجیتالی بیشتر برای ذخیره‌سازی نیاز است. با اینکه ستونیکس از منابع کافی برای چنین پردازش سختی برخوردار است، چالش کلیدی، حفظ ثبات ابرکامپیوتری هنگام روبه‌رو شدن با حجم عظیمی از داده‌های روزانه است. نکته‌ی اصلی اولین تصویر ابرکامپیوتر ستونیکس، همکاری نزدیک بین مرکز پاوسی و اعضای تیم پردازش داده‌ای علمی ASKAP بود. کار تیمی به آن‌ها امکان درک بهتر چالش‌ها و یافتن سریع‌تر راه‌حل‌ها را داد.

نتایج بیشتر

اما ستونیکس تازه در مرحله‌ی اول توسعه است و انتظار می‌رود مرحله‌ی دوم در سال جاری تکمیل شود. بدین ترتیب تیم‌های داده‌ای می‌توانند منابع عظیم داده‌ای بسیاری از پروژه‌ها را در کسری از زمان پردازش کنند. درنتیجه پژوهشگرها نه‌تنها به درک بهتری از جهان می‌رسند بلکه بدون شک می‌توانند اجرام جدید و مخفی در آسمان رادیویی را آشکار کنند. انواع پرسش‌های علمی که ستونتیکس امکان بررسی آن‌ها را در بازه‌های زمانی کوتاه‌تر می‌دهد، احتمال‌های جدیدی را به وجود می‌آورند.

افزایش ظرفیت محاسباتی نه‌تنها به سود ASKAP بلکه به سود کل پژوهشگرهای مستقر در استرالیا است که در زمینه‌ی مهندسی و علوم فعالیت می‌کنند. ابرکامپیوتر ستونیکس هنوز به صورت کامل عملیاتی نشده است. ASKAP هم در حال جمع‌بندی مجموعه‌هایی از نقشه‌های آزمایشی است و به‌زودی نقشه‌های بزرگ‌تر و ژرف‌تری از آسمان را تولید خواهد کرد. باقی‌مانده‌ی ابرنواختر تنها یکی از اجرامی است که با ستونیکس آشکار شدند و انتظار می‌رود این ابرکامپیوتر تصاویر شگفت‌انگیز بیشتری را تولید و همچنین بسیاری از اجرام نجومی جدید را کشف کند.