Źródło zdjęcia: University of Chicago
Naukowcy uniwersyteccy przygotowują się do uruchomienia najbardziej zaawansowanej superkomputerowej symulacji wybuchającej gwiazdy, jaką kiedykolwiek próbowano.
Tomasz Plewa, starszy pracownik naukowy w Centrum Astrofizycznych Błysków Termojądrowych oraz Astronomii i Astrofizyki, oczekuje, że symulacja ujawni mechanikę wybuchających gwiazd, zwanych supernowymi, z niespotykanymi szczegółami.
Symulacja jest możliwa dzięki specjalnej alokacji nadzwyczajnego 2,7 miliona godzin superkomputera przez Departament Energii USA w Centrum Flash, który zwykle wykorzystuje mniej niż 500 000 godzin superkomputera rocznie.
„To jest poza wyobraźnią” powiedział Plewa, który złożył propozycję Flash Center w imieniu zespołu badawczego na Uniwersytecie i Argonne National Laboratory.
Projekt Flash Center był jednym z trzech wybranych do otrzymywania przydziałów czasu dla superkomputerów w ramach nowego konkurencyjnego programu ogłoszonego w lipcu ubiegłego roku przez Sekretarza ds. Energii Spencera Abrahama.
Pozostałe dwie zwycięskie propozycje pochodziły z Georgia Institute of Technology, który otrzymał 1,2 miliona godzin pracy procesora, oraz Lawrence Berkeley National Laboratory z DOE, który otrzymał milion godzin pracy procesora.
Czas superkomputera pomoże Centrum Błysku dokładniej symulować eksplozję gwiazdy białego karła, takiej, która spaliła większość lub całość paliwa jądrowego. Te supernowe świecą tak jasno, że astronomowie używają ich do pomiaru odległości we wszechświecie. Niemniej jednak wiele szczegółów na temat tego, co dzieje się podczas supernowej, pozostaje nieznanych.
Symulacja supernowej jest intensywna obliczeniowo, ponieważ wymaga ogromnej skali czasu i przestrzeni. Gwiazdy białego karła gromadzą grawitacyjnie materiał z gwiazdy towarzyszącej przez miliony lat, ale zapalają się w niecałą sekundę. Symulacje muszą także uwzględniać procesy fizyczne zachodzące w skali od kilku setnych cala do całej powierzchni gwiazdy, która ma rozmiary porównywalne z Ziemią.
Podobne problemy obliczeniowe niepokoją program zarządzania zapasami broni nuklearnej DOE. W następstwie Traktatu o całkowitym zakazie prób, podpisanego przez prezydenta Clintona w 1996 r., Wiarygodność narodowego arsenału nuklearnego należy teraz przetestować za pomocą symulacji komputerowych, a nie w terenie.
„Ostatecznymi pytaniami są, w jaki sposób starzenie się arsenału nuklearnego następuje wraz z upływem czasu i czy Twój kod przewiduje, że proces starzenia się poprawnie?” Powiedział Plewa.
Naukowcy z Flash Center weryfikują dokładność kodu supernowych porównując wyniki ich symulacji zarówno z eksperymentami laboratoryjnymi, jak i obserwacjami teleskopowymi. Na przykład obserwacje widmowe supernowych dostarczają rodzaju kodu kreskowego, który ujawnia, które pierwiastki chemiczne powstają podczas wybuchów. Obserwacje te są obecnie sprzeczne z symulacjami.
„Chcesz pogodzić obecne symulacje z obserwacjami dotyczącymi składu chemicznego i produkcji pierwiastków?” Powiedział Plewa.
Naukowcy chcą również wyraźniej zobaczyć sekwencję wydarzeń, które mają miejsce tuż przed gwiazdą, która przechodzi w supernową. Wygląda na to, że supernowa zaczyna się w jądrze gwiazdy białego karła i rozszerza się w kierunku powierzchni jak nadmuchiwany balon.
Zgodnie z jedną teorią czoło płomienia początkowo rozszerza się stosunkowo „powoli”. prędkość poddźwiękowa 60 mil na sekundę. Następnie, w nieznanym punkcie, przód płomienia detonuje i przyspiesza do prędkości naddźwiękowych. W ultra-gęstym materiale białego karła prędkości naddźwiękowe przekraczają 3100 mil na sekundę.
Inna możliwość: początkowa fala poddźwiękowa zamiera, gdy dociera do zewnętrznej części gwiazdy, prowadząc do zapaści białego karła, mieszania się niespalonego paliwa jądrowego, a następnie detonacji.
„Będzie bardzo miło, jeśli w symulacjach zaobserwujemy przejście do detonacji”. Powiedział Plewa.
Naukowcy z Flash Center już teraz chcą odtworzyć ten moment w swoich symulacjach. Dodatkowy czas komputerowy z DOE powinien przepchnąć je przez próg.
Centrum zwiększy rozdzielczość swoich symulacji do jednego kilometra (sześć dziesiątych mili) dla symulacji całej gwiazdy. Poprzednio centrum mogło osiągnąć rozdzielczość pięciu kilometrów (3,1 mil) w przypadku symulacji całej gwiazdy lub 2,5 kilometra (1,5 mil) w przypadku symulacji obejmującej tylko jedną ósmą gwiazdy.
Te ostatnie symulacje nie wychwytują zakłóceń, które mogą mieć miejsce w innych częściach gwiazdy, powiedział Plewa. Ale wkrótce mogą stać się reliktami naukowymi.
„Mam nadzieję, że latem przeprowadzimy wszystkie symulacje i przejdziemy do analizy danych”. powiedział.
Oryginalne źródło: University of Chicago News Release
