Obrazový kredit: University of Chicago
Vědci univerzity se připravují na spuštění nejpokročilejší superpočítačové simulace explodující hvězdy, která se kdy pokusila.
Tomasz Plewa, vedoucí výzkumný pracovník v Centru pro astrofyzikální termonukleární záblesky a astronomii a astrofyziku, očekává, že simulace odhalí mechaniku explodujících hvězd, zvanou supernovye, v bezprecedentních detailech.
Simulace je umožněna zvláštním přidělením mimořádného 2,7 milionu hodin superpočítačového času Ministerstvu energetiky USA Flash Center, které obvykle využívá méně než 500 000 hodin superpočítačového času ročně.
„To je mimo představivost,“ řekl Plewa, který předložil návrh Flash Center jménem výzkumného týmu na University and Argonne National Laboratory.
Projekt Flash Center byl jedním ze tří vybraných, kteří dostali přidělování superpočítačového času v rámci nového konkurenčního programu, který loni v červenci vyhlásil ministr energie Spencer Abraham.
Další dva vítězné návrhy přišly z Gruzínského technologického institutu, který obdržel 1,2 milionu procesorových hodin, a DOE Lawrence Berkeley National Laboratory, která obdržela milion procesorových hodin.
Čas superpočítače pomůže Flash centru přesněji simulovat výbuch bílé trpasličí hvězdy, která spálila většinu nebo celé své jaderné palivo. Tito supernovy svítí tak jasně, že je astronomové používají k měření vzdálenosti ve vesmíru. Mnoho podrobností o tom, co se stane během supernovy, však zůstává neznámé.
Simulace supernovy je výpočetně náročná, protože zahrnuje obrovské škály času a prostoru. Bílé trpasličí hvězdy gravitačně akumulují materiál od doprovodné hvězdy po miliony let, ale za méně než sekundu se vznítí. Simulace musí také počítat s fyzikálními procesy, které se vyskytují v měřítku od několika setin palce po celý povrch hvězdy, což je velikost srovnatelná se Zemí.
Podobné výpočtové problémy se týkají programu DOE's Stewardship and Management Program řízení zásob a jaderných zbraní. V návaznosti na Smlouvu o komplexním zákazu zkoušek, kterou podepsal prezident Clinton v roce 1996, musí být nyní spolehlivost národního jaderného arzenálu testována spíše pomocí počítačových simulací než v terénu.
„Otázkou je nakonec, jak je stárnutí jaderného arzenálu v čase, a je váš kód předpovídající tento proces stárnutí správně?“ Řekl Plewa.
Vědci z Flash Center ověřují přesnost svého supernovového kódu porovnáním výsledků svých simulací s laboratorními experimenty i s teleskopickými pozorováními. Spektrální pozorování supernov například poskytuje určitý druh čárového kódu, který odhaluje, které chemické prvky jsou při explozích produkovány. Tato pozorování jsou v současné době v rozporu se simulacemi.
„Chcete sladit současné simulace s pozorováním chemického složení a výroby prvků?“ Řekl Plewa.
Vědci si také přejí jasněji vidět sled událostí, k nimž dojde bezprostředně před tím, než hvězda přejde na supernovu. Zdá se, že supernova začíná v jádru bílé trpasličí hvězdy a expanduje k povrchu jako nafukovací balón.
Podle jedné teorie se přední strana plamene zpočátku rozpíná relativně pomalu? podzvuková rychlost 60 mil za sekundu. Potom, v nějakém neznámém bodě, přední strana plamene vybuchne a zrychlí na nadzvukové rychlosti. V ultrahustém materiálu bílého trpaslíka nadzvukové rychlosti přesahují 3 100 mil za sekundu.
Další možnost: počáteční podzvuková vlna mizí, když dosáhne vnější části hvězdy, což vede ke zhroucení bílého trpaslíka, smíchání nespáleného jaderného paliva a poté detonaci.
„Bude velmi příjemné, kdybychom v simulacích mohli pozorovat tento přechod k detonaci?“ Řekl Plewa.
Vědci z Flash Center již začínají ve svých simulacích znovu vytvářet tuto chvíli. Dodatečný počítačový čas od DOE by je měl posunout přes hranici.
Centrum zvýší rozlišení svých simulací na jeden kilometr (šest desetin míle) pro simulaci celé hvězdy. Dříve mohlo středisko dosáhnout rozlišení pěti kilometrů (3,1 mil) pro simulaci celé hvězdy nebo 2,5 km (1,5 mil) pro simulaci zahrnující pouze jednu osminu hvězdy.
Tyto simulace nedokážou zachytit poruchy, které se mohou odehrávat v jiných částech hvězdy, uvedl Plewa. Brzy se však mohou stát vědeckými památkami.
"Doufám, že v létě budeme mít všechny simulace hotové a budeme pokračovat v analýze dat," řekl.
Původní zdroj: University of Chicago News Release
