Obrazový kredit: University of Chicago
Vedci univerzity sa pripravujú na spustenie najpokročilejšej superpočítačovej simulácie explodujúcej hviezdy, akú sa kedy pokúsili.
Tomasz Plewa, vedecký výskumný pracovník Centra pre astrofyzikálne termonukleárne záblesky a astronómiu a astrofyziku, očakáva, že simulácia odhalí mechaniku explodujúcich hviezd, zvanú supernovye, v bezprecedentných detailoch.
Simulácia je umožnená špeciálnym pridelením mimoriadneho času 2,7 milióna hodín superpočítača Ministerstvu energetiky USA do centra Flash Center, ktoré zvyčajne využíva menej ako 500 000 hodín času superpočítača ročne.
? To je mimo predstavivosť? povedal Plewa, ktorý predložil návrh Flash centra v mene výskumného tímu z University and Argonne National Laboratory.
Projekt Flash Center bol jedným z troch vybratých na pridelenie času superpočítača v rámci nového konkurenčného programu, ktorý minulý rok v júli vyhlásil minister energetiky Spencer Abraham.
Ďalšie dva víťazné návrhy prišli z Gruzínskeho technologického inštitútu, ktorý dostal 1,2 milióna hodín spracovateľského procesu, a od DOE's Lawrence Berkeley National Laboratory, ktoré dostalo jeden milión procesorových hodín.
Čas superpočítača pomôže bleskovému centru presnejšie simulovať explóziu bielej trpasličej hviezdy, ktorá spálila väčšinu alebo všetky svoje jadrové palivo. Tieto supernovy žiaria tak jasne, že ich astronómovia používajú na meranie vzdialenosti vo vesmíre. Mnoho detailov o tom, čo sa stane počas supernovy, však zostáva neznáme.
Simulácia supernovy je výpočtovo náročná, pretože zahŕňa veľké množstvo času a priestoru. Biele trpasličí hviezdy gravitačne akumulujú materiál od sprievodnej hviezdy milióny rokov, ale za menej ako sekundu sa vznietia. Simulácie musia tiež zodpovedať fyzikálnym procesom, ktoré sa vyskytujú v mierke, ktorá sa pohybuje od niekoľkých stotín palca po celý povrch hviezdy, čo je veľkosť porovnateľná so Zemou.
Podobné výpočtové problémy sa týkajú programu dohľadu a riadenia zásob jadrových zbraní DOE. V nadväznosti na Zmluvu o všeobecnom zákaze skúšok, ktorú podpísal prezident Clinton v roku 1996, sa teraz musí spoľahlivosť národného jadrového arzenálu testovať skôr pomocou počítačových simulácií ako v teréne.
„V konečnom dôsledku sú otázky, ako starne jadrový arzenál v čase a aký kód predpovedá správny proces starnutia?“ Povedal Plewa.
Vedci Flash Center overujú presnosť svojho kódu supernovy porovnaním výsledkov svojich simulácií s laboratórnymi experimentmi a s teleskopickými pozorovaniami. Spektrálne pozorovania supernov napríklad poskytujú druh čiarového kódu, ktorý odhaľuje, ktoré chemické prvky vznikajú pri explóziách. Tieto pozorovania sú v súčasnosti v rozpore so simuláciami.
„Chcete zladiť súčasné simulácie s pozorovaniami týkajúcimi sa chemického zloženia a výroby prvkov?“ Povedal Plewa.
Vedci by tiež radi videli jasnejšie sled udalostí, ku ktorým dôjde bezprostredne predtým, ako hviezda prejde na supernovu. Zdá sa, že supernova začína v jadre bielej trpasličej hviezdy a rozširuje sa k povrchu ako nafukovací balónik.
Podľa jednej teórie sa čelo plameňa spočiatku rozširuje pomerne pomaly? podzvuková rýchlosť 60 míľ za sekundu. Potom v nejakom neznámom bode predný plameň vybuchne a zrýchli na nadzvukové rýchlosti. V ultrahustom materiáli bieleho trpaslíka nadzvukové rýchlosti presahujú 3 100 míľ za sekundu.
Ďalšia možnosť: počiatočné podzvukové vlny miznú, keď sa dostanú do vonkajšej časti hviezdy, čo vedie k zrúteniu bieleho trpaslíka, k zmiešaniu nespáleného jadrového paliva a potom k výbuchu.
„Bude veľmi pekné, keby sme v simuláciách mohli pozorovať tento prechod na detonáciu?“ Povedal Plewa.
Vedci Flash Center už sú na pokraji obnovenia tohto okamihu vo svojich simuláciách. Dodatočný počítačový čas z DOE by ich mal posunúť nad prah.
Centrum zvýši rozlíšenie svojich simulácií na jeden kilometer (šesť desatín míle) pre simuláciu s celou hviezdou. Predtým mohlo stredisko dosiahnuť rozlíšenie päť kilometrov (3,1 míľ) pri simulácii s celou hviezdou alebo 2,5 kilometra (1,5 míľ) pri simulácii zahŕňajúcej iba jednu osminu hviezdy.
Tieto simulácie nedokážu zachytiť poruchy, ktoré sa môžu vyskytnúť v iných častiach hviezdy, uviedol Plewa. Čoskoro sa však môžu stať vedeckými pamiatkami.
"Dúfam, že v lete budeme mať všetky simulácie hotové a budeme pokračovať v analýze údajov," povedal.
Pôvodný zdroj: News of University of Chicago
