Billedkredit: University of Chicago
Universitetsforskere forbereder sig på at køre den mest avancerede superdatasimulering af en eksploderende stjerne nogensinde forsøgt.
Tomasz Plewa, seniorforsker i Center for Astrophysical Thermonuclear Flashes and Astronomy & Astrophysics, forventer, at simuleringen afslører mekanikerne i eksploderende stjerner, kaldet supernovaer, i en hidtil uset detalje.
Simuleringen er muliggjort af U.S. Department of Energy's specielle tildeling af ekstraordinære 2,7 millioner timers supercomputingstid til Flash Center, der typisk bruger mindre end 500.000 timer supercomputer tid årligt.
? Dette er uden fantasi ,? sagde Plewa, der forelagde Flash Center-forslaget på vegne af et forskerteam ved universitetet og Argonne National Laboratory.
Flash Center-projektet var et af tre, der blev udvalgt til at modtage supercomputer-tidsfordelinger under et nyt konkurrencedygtigt program, der blev annonceret sidste juli af energisekretær Spencer Abraham.
De to andre vindende forslag kom fra Georgia Institute of Technology, der modtog 1,2 millioner processor-timer, og DOE's Lawrence Berkeley National Laboratory, som modtog en million processor-timer.
Superdatortiden vil hjælpe Flash Center med mere nøjagtigt at simulere eksplosionen af en hvid dværgstjerne, en der har brændt det meste eller hele sit kernebrændstof. Disse supernovaer skinner så lyst, at astronomer bruger dem til at måle afstand i universet. Ikke desto mindre er mange detaljer om, hvad der sker under en supernova, stadig ukendte.
Simulering af en supernova er beregningsintensivt, fordi det involverer store skalaer af tid og rum. Hvide dværgstjerner akkumulerer gravitationelt materiale fra en ledsagerstjerne i millioner af år, men antændes på mindre end et sekund. Simuleringer skal også redegøre for fysiske processer, der forekommer i en skala, der spænder fra nogle få hundrededele af en tomme til hele stjernens overflade, som kan sammenlignes i størrelse med Jorden.
Tilsvarende beregningsproblemer gør DOE? S atomvåben Stockpile Stewardship and Management Program tilskuer. I kølvandet på den omfattende testforbudstraktat, som præsident Clinton underskrev i 1996, skal pålideligheden af landets nukleare arsenal nu testes via computersimuleringer snarere end i marken.
? Spørgsmålene er i sidste ende, hvordan ældes det nukleare arsenal med tiden, og forudsiger din kode den aldringsproces korrekt? Sagde Plewa.
Flash Center-forskere verificerer nøjagtigheden af deres supernovaekode ved at sammenligne resultaterne af deres simuleringer både med laboratorieeksperimenter og med teleskopiske observationer. Spektrale observationer af supernovaer giver for eksempel en slags stregkode, der afslører, hvilke kemiske elementer der produceres i eksplosionerne. Disse observationer er i øjeblikket i konflikt med simuleringer.
? Du vil forene aktuelle simuleringer med observationer vedrørende kemisk sammensætning og produktion af elementer ,? Sagde Plewa.
Videnskabsmænd ønsker også at se klarere rækkefølgen af begivenheder, der finder sted umiddelbart før en stjerne går supernova. Det ser ud til, at en supernova begynder i kernen i en hvid dværgstjerne og ekspanderer mod overfladen som en oppustelig ballon.
I henhold til en teori udvides flammefronten oprindeligt med en relativt langsom? subsonisk hastighed på 60 miles per sekund. Derefter detonerer flammefronten på et ukendt tidspunkt og accelererer til supersoniske hastigheder. I det ultra-tætte materiale fra en hvid dværg overstiger supersoniske hastigheder 3.100 miles per sekund.
En anden mulighed: den indledende subsoniske bølge svimler, når den når den ydre del af stjernen, hvilket fører til et sammenbrud af den hvide dværg, blanding af ubrændt nukleart brændstof og derefter detonation.
? Det vil være meget rart, hvis vi i simuleringerne kunne observere denne overgang til detonation ,? Sagde Plewa.
Flash Center-forskere er allerede på nippet til at genskabe dette øjeblik i deres simuleringer. Den ekstra computertid fra DOE skal skubbe dem hen over tærsklen.
Centret øger opløsningen af sine simuleringer til en kilometer (seks tidendedele af en kilometer) for en helstjernersimulering. Tidligere kunne centret opnå en opløsning på fem kilometer (3,1 miles) for en helstjernersimulering eller 2,5 kilometer (1,5 miles) for en simulering, der kun omfatter en ottendedel af en stjerne.
Sidstnævnte simuleringer klarer ikke at fange forstyrrelser, der kan finde sted i andre dele af stjernen, sagde Plewa. Men de kan snart blive videnskabelige relikvier.
? Jeg håber, at vi om sommeren har alle simuleringerne gjort, og at vi fortsætter med at analysere dataene ,? han sagde.
Original kilde: University of Chicago News Release
