Bildekreditt: University of Chicago
Universitetsforskere forbereder seg på å kjøre den mest avanserte superdatasimuleringen av en eksploderende stjerne som noen gang er forsøkt.
Tomasz Plewa, seniorforsker i Center for Astrophysical Thermonuclear Flashes and Astronomy & Astrophysics, forventer at simuleringen vil avsløre mekanikken til eksploderende stjerner, kalt supernovaer, i enestående detalj.
Simuleringen er muliggjort av U.S. Department of Energy? S spesielle tildeling av ekstraordinære 2,7 millioner timer superdatatid til Flash Center, som vanligvis bruker mindre enn 500 000 timer superdatatid årlig.
? Dette er utenfor fantasien ,? sa Plewa, som sendte inn forslaget til Flash Center på vegne av et forskerteam ved universitetet og Argonne National Laboratory.
Flash Center-prosjektet var ett av tre som ble valgt ut til å motta tidsdatatildelinger for superdatamaskiner under et nytt konkurranseprogram som ble kunngjort i juli av Secretary of Energy Spencer Abraham.
De to andre vinnende forslagene kom fra Georgia Institute of Technology, som fikk 1,2 millioner prosessortimer, og DOEs Lawrence Berkeley National Laboratory, som fikk en million prosessortimer.
Superdatatiden vil hjelpe Flash Center mer nøyaktig å simulere eksplosjonen av en hvit dvergstjerne, en som har brent mest eller alt kjernefysisk brensel. Disse supernovaene lyser så sterkt at astronomer bruker dem til å måle avstand i universet. Likevel er mange detaljer om hva som skjer under en supernova ukjente.
Å simulere en supernova er beregningsintensivt fordi det innebærer store skalaer av tid og rom. Hvite dvergstjerner akkumulerer gravitasjonsmessig materiale fra en følgesvennstjerne i millioner av år, men tennes på mindre enn et sekund. Simuleringer må også redegjøre for fysiske prosesser som forekommer i en skala som spenner fra noen få hundrelapper til en overflate av stjernen, som er sammenlignbar i størrelse med jorden.
Lignende beregningsproblemer gjør DOEs kjernevåpen Stockpile Stewardship and Management Program vanskelig. I kjølvannet av den omfattende testforbudtraktaten, som president Clinton undertegnet i 1996, må påliteligheten til nasjonens atomarsenal nå testes via datasimuleringer i stedet for på feltet.
Spørsmålene er til syvende og sist, hvordan blir det nukleære arsenalet aldret med tiden, og forutsier koden din at aldringsprosessen blir riktig? Sa Plewa.
Flash Center-forskere verifiser nøyaktigheten av supernovaekoden ved å sammenligne resultatene fra simuleringene deres både med laboratorieeksperimenter og med teleskopiske observasjoner. Spektrale observasjoner av supernovaer gir for eksempel en slags strekkode som avslører hvilke kjemiske elementer som produseres i eksplosjonene. Disse observasjonene er i dag i konflikt med simuleringer.
? Du vil forene aktuelle simuleringer med observasjoner angående kjemisk sammensetning og produksjon av elementer ,? Sa Plewa.
Forskere ønsker også å se tydeligere rekkefølgen av hendelser som skjer rett før en stjerne går supernova. Det ser ut til at en supernova begynner i kjernen av en hvit dvergstjerne og ekspanderer mot overflaten som en oppblåsende ballong.
I følge en teori utvides flammefronten til en relativt langsom? subsonisk hastighet på 60 miles per sekund. Da sprenges flammen foran på et ukjent tidspunkt og akselererer til supersoniske hastigheter. I det ultratette materialet til en hvit dverg overstiger supersoniske hastigheter 3.100 miles per sekund.
En annen mulighet: den innledende subsoniske bølgen svimler når den når den ytre delen av stjernen, noe som fører til en kollaps av den hvite dvergen, blanding av uforbrent kjernebrensel og deretter detonering.
? Det vil være veldig fint hvis vi i simuleringene kan observere denne overgangen til detonasjon ,? Sa Plewa.
Flash Center-forskere er allerede i ferd med å gjenskape dette øyeblikket i simuleringene sine. Den ekstra datatiden fra DOE bør skyve dem over terskelen.
Senteret vil øke oppløsningen av simuleringene til en kilometer (seks tidels mil) for en helstjernersimulering. Tidligere kunne senteret oppnå en oppløsning på fem kilometer (3,1 miles) for en helstjernes simulering, eller 2,5 kilometer (1,5 mil) for en simulering som bare omfatter en åttedel av en stjerne.
De sistnevnte simuleringene klarer ikke å fange opp forstyrrelser som kan finne sted i andre deler av stjernen, sa Plewa. Men de kan snart bli vitenskapelige relikvier.
? Jeg håper at om sommeren vil vi ha alle simuleringene gjort, og at vi kommer til å analysere dataene ,? han sa.
Originalkilde: University of Chicago News Release
