De technologie van ALMA houdt niet op bij de verschillende soorten antennes en de mogelijkheid om deze dichter bij of verder van elkaar te zetten met de twee gele transporters. Een supercomputer moet namelijk de signalen van alle antennes combineren tot een signaal waarmee wetenschappers onderzoek kunnen doen.
De signalen worden visibilities genoemd. Meer verschillende visibilities resulteren in betere data. De langste visibility bepaalt de uiteindelijke resolutie.
We weten al dat meer antennes meer gevoeligheid betekent, maar nog belangrijker, meer antennes betekent ook meer visibilities waardoor de kwaliteit van de uiteindelijke beelden veel beter is. Bijvoorbeeld: een uur kijken naar een object met 3 antennes resulteert in dezelfde gevoeligheid als met 20 antennes een paar minuten naar een object kijken. Maar 3 antennes leveren minder visibilities op dan 20 antennes, dus de beeldkwaliteit zal veel slechter zijn.
Het aantal antennes wordt vaak bepaald door de constructiekosten. De Westerbork-array heeft nu 14 antennes, en de Very Large Array (VLA), de beroemdste radiotelescoop door zijn rol in de film Contact, heeft er 27. Voor ALMA konden er 66 antennes worden gebouwd. Als het soort antenne relatief goedkoop is, kunnen er meer antennes worden gemaakt. Zo heeft LOFAR meer dan 3000 antennes. Voor de volgende generatie radiotelescoop, de Square Kilometer Array (SKA), zullen er vermoedelijk meer dan 10.000 worden gemaakt.
Een andere manier om meer visibilities te krijgen, is door objecten slim te bekijken en gebruik te maken van de draaiing van de aarde. Alle objecten aan de hemel komen op een bepaalde tijd boven de horizon, om na het bereiken van een hoogste punt weer te dalen. Als een object laag aan de hemel staat, komen de visibilities overeen met een relatief korte ‘effectieve baseline’. En als het object hoog aan de hemel staat, een lange ‘effectieve baseline’.
Om de signalen in realtime te combineren is een supercomputer gebouwd, die de correlator wordt genoemd. Deze supercomputer is voor een specifieke taak in elkaar gezet. Hij combineert elke tiende van een seconde (of zelfs minder) de signalen van alle antennes. Dit zijn meer dan 2200 signalen. Elk signaal bestaat ook nog eens uit 16.000 kanalen. Het aantal combinaties dat per tijdseenheid door deze computer wordt berekend is ongeveer 35 miljoen. Dit komt neer op 17 biljard berekeningen per seconde, oftewel 17 petaflops. De correlator is dus een van de snelste computers ter wereld.
Het record was tot vorig jaar in handen van eenzelfde soort supercomputer bij LOFAR in Dwingeloo. Deze supercomputer kan vermoedelijk tijdelijk sneller berekeningen uitvoeren, maar de ALMA-correlator kan zijn snelheid een hele nacht volhouden.
De 134 miljoen(!) processoren zijn op een speciale manier in series gezet om de signalen van alle 66 antennes op te vangen. Een computerspel spelen op dit soort supercomputers gaat niet zomaar!
Tim van Kempen
Tim van Kempen is onderzoeker aan de Sterrewacht Leiden en werkt sinds juli 2010 voor en met ALMA. Na twee jaar in Chili te hebben meegwerkt aan het testen van ALMA, is hij sinds kort terug in Nederland. In dit blog bespreekt hij de techniek van ALMA en licht hij de eerste wetenschappelijke resultaten toe.