Изображение предоставлено: Университет Чикаго
Ученые университета готовятся к запуску самого современного суперкомпьютерного моделирования взрывающейся звезды.
Томаш Плева, старший научный сотрудник Центра астрофизических термоядерных вспышек и астрономии и астрофизики, ожидает, что в ходе моделирования будет раскрыта механика взрывающихся звезд, называемых сверхновыми, в беспрецедентных деталях.
Моделирование стало возможным благодаря специальному выделению Департаментом энергетики США экстраординарных 2,7 миллиона часов суперкомпьютинга для Flash Center, который обычно использует менее 500 000 часов суперкомпьютерного времени в год.
«Это за гранью воображения» сказал Plewa, который представил предложение Flash Center от имени исследовательской группы в университете и Аргоннской национальной лаборатории.
Проект Flash Center был одним из трех, отобранных для распределения времени суперкомпьютеров в рамках новой конкурсной программы, объявленной в июле прошлого года министром энергетики Спенсером Абрахамом.
Два других выигрышных предложения поступили от Технологического института Джорджии, который получил 1,2 миллиона процессорных часов, и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США, которая получила один миллион процессорных часов.
Время суперкомпьютера поможет Центру вспышек более точно моделировать взрыв звезды белого карлика, которая сожгла большую часть или все свое ядерное топливо. Эти сверхновые сияют так ярко, что астрономы используют их для измерения расстояния во Вселенной. Тем не менее, многие детали о том, что происходит во время сверхновой, остаются неизвестными.
Моделирование сверхновой требует больших вычислительных ресурсов, поскольку включает в себя огромные масштабы времени и пространства. Звезды белого карлика гравитационно накапливают материал от звезды-компаньона в течение миллионов лет, но воспламеняются менее чем за секунду. Моделирование также должно учитывать физические процессы, происходящие в масштабе от нескольких сотых долей дюйма до всей поверхности звезды, которая по размерам сопоставима с Землей.
Подобные вычислительные проблемы раздражают Программу управления запасами ядерного оружия Министерства энергетики. После заключения Договора о всеобъемлющем запрещении испытаний, который президент Клинтон подписал в 1996 году, надежность ядерного арсенала страны должна теперь проверяться с помощью компьютерного моделирования, а не на местах.
«В конечном счете, возникает вопрос: как со временем ядерный арсенал стареет, и правильно ли ваш код предсказывает этот процесс старения правильно?» Сказал плева.
Ученые Flash Center проверяют точность своего кода сверхновых, сравнивая результаты их моделирования как с лабораторными экспериментами, так и с телескопическими наблюдениями. Например, спектральные наблюдения сверхновых дают своего рода штрих-код, который показывает, какие химические элементы образуются при взрывах. Эти наблюдения в настоящее время противоречат симуляции.
«Вы хотите согласовать текущее моделирование с наблюдениями, касающимися химического состава и производства элементов?» Сказал плева.
Ученые также хотят более четко видеть последовательность событий, которые происходят непосредственно перед тем, как звезда становится сверхновой. Похоже, что сверхновая начинается в ядре белой карликовой звезды и расширяется к поверхности, как надувающийся воздушный шар.
Согласно одной из теорий, фронт пламени первоначально расширяется относительно медленно. дозвуковая скорость 60 миль в секунду. Затем в какой-то неизвестной точке фронт пламени детонирует и ускоряется до сверхзвуковых скоростей. В сверхплотном материале белого карлика сверхзвуковые скорости превышают 3100 миль в секунду.
Другая возможность: первоначальная дозвуковая волна вспыхивает, когда она достигает внешней части звезды, что приводит к коллапсу белого карлика, смешиванию несгоревшего ядерного топлива и затем к детонации.
«Будет очень хорошо, если в симуляциях мы сможем наблюдать этот переход к детонации» Сказал плева.
Ученые Flash Center уже на грани воссоздания этого момента в своих симуляциях. Дополнительное компьютерное время от DOE должно подтолкнуть их через порог.
Центр увеличит разрешение своих симуляций до одного километра (шесть десятых мили) для симуляции всей звезды. Ранее центр мог достигать разрешения в пять километров (3,1 мили) для имитации всей звезды или 2,5 километра (1,5 мили) для моделирования, охватывающего только одну восьмую звезды.
Последние симуляции не в состоянии уловить возмущения, которые могут иметь место в других участках звезды, сказал Плева. Но они могут скоро стать научными реликвиями.
«Я надеюсь, что к лету у нас будут все симуляции, и мы перейдем к анализу данных». он сказал.
Первоисточник: Выпуск новостей Чикагского университета
