Кредитний імідж: Університет Чикаго
Вчені університету готуються до запуску найсучаснішого моделювання суперкомп'ютера вибухової зірки, що коли-небудь робилася.
Томаш Плева, старший науковий співробітник Центру астрофізичних термоядерних спалахів та астрономії та астрофізики, очікує, що моделювання дозволить розкрити механіку вибухаючих зірок, званих надновими, безпрецедентно деталізованими.
Моделювання стало можливим завдяки спеціальному міністерству енергетики США - виділити надзвичайні 2,7 мільйона годин суперкомп'ютерного часу в Flash Center, який зазвичай використовує менше 500 000 годин суперкомп'ютерного часу щорічно.
«Це поза уявою» сказав Плева, який подав пропозицію Flash Center від імені дослідницької групи в університеті та Національній лабораторії Аргонни.
Проект Flash Center був одним з трьох, відібраних для отримання розподілу часу на суперкомп'ютер у рамках нової конкурсної програми, оголошеної минулого липня міністром енергетики Спенсером Авраамом.
Інші дві пропозиції-виграші надійшли від Джорджійського технологічного інституту, який отримав 1,2 мільйона процесорних годин, і Національної лабораторії Лоуренса Берклі, яка отримала мільйон процесорних годин.
Час суперкомп'ютера допоможе Flash Center більш точно моделювати вибух білої карликової зірки - тієї, яка спалила більшість або все її ядерне паливо. Ці наднови світять так яскраво, що астрономи використовують їх для вимірювання відстані у Всесвіті. Тим не менш, багато деталей про те, що відбувається під час наднової, залишаються невідомими.
Моделювання наднової є обчислювально обчислювальним, оскільки воно передбачає великі масштаби часу та простору. Білі карликові зірки гравітаційно накопичують матеріал від зірки-супутника протягом мільйонів років, але запалюються менше ніж за секунду. Моделювання повинні також враховувати фізичні процеси, що відбуваються в масштабі, який становить від декількох сотих дюйма до всієї поверхні зірки, що за розмірами можна порівняти з Землею.
Подібні обчислювальні проблеми пов'язані з програмою нагляду і управління запасами ядерної зброї DOE. Після Угоди про всебічну заборону випробувань, яку Президент Клінтон підписав у 1996 році, надійність ядерного арсеналу країни тепер повинна бути протестована за допомогою комп'ютерних симуляцій, а не на місцях.
"Питання в кінцевому підсумку полягають у тому, як відбувається старіння ядерного арсеналу з часом, і ваш код передбачає, що процес старіння правильно ?? - сказав Плева.
Вчені Flash Center перевіряють точність коду наднових, порівнюючи результати своїх симуляцій як з лабораторними експериментами, так і з телескопічними спостереженнями. Наприклад, спектральні спостереження наднових дають своєрідний штрих-код, який розкриває, які хімічні елементи утворюються при вибухах. Наразі ці спостереження суперечать симуляціям.
"Ви хочете узгодити поточні симуляції зі спостереженнями щодо хімічного складу та виробництва елементів" - сказав Плева.
Вчені також бажають чіткіше побачити послідовність подій, що відбувається безпосередньо перед тим, як зірка перетвориться на супернову. Здається, наднова починається в ядрі білої карликової зірки і розширюється до поверхні, як надувна куля.
Згідно з однією теорією, фронт полум'я спочатку розширюється при відносно «повільному»? дозвукова швидкість 60 миль в секунду. Тоді в якійсь невідомій точці фронт полум'я детонує і розганяється до надзвукових швидкостей. В ультра щільному матеріалі білого карлика надзвукові швидкості перевищують 3100 миль в секунду.
Інша можливість: початкова дозвукова хвиля метушиться, коли вона досягає зовнішньої частини зірки, що призводить до обвалення білого карлика, перемішування незапаленого ядерного палива, а потім детонації.
«Буде дуже приємно, якби в симуляціях ми могли спостерігати цей перехід до детонації» - сказав Плева.
Вчені Flash Center вже на межі відтворити цей момент у своїх симуляціях. Додатковий час комп'ютера від DOE повинен підштовхнути їх через поріг.
Центр збільшить роздільну здатність своїх моделей до одного кілометра (шість десятих милі) для цілозіркового моделювання. Раніше центр міг досягти дозволу в п'ять кілометрів (3,1 милі) для моделювання цілою зіркою або 2,5 кілометра (1,5 милі) для моделювання, що охоплювало б лише одну восьму зірки.
Останні симуляції не можуть охопити збурення, які можуть мати місце в інших ділянках зірки, сказав Плева. Але незабаром вони можуть стати науковою реліквією.
«Я сподіваюся, що до літа ми будемо робити всі симуляції, і ми перейдемо до аналізу даних» він сказав.
Оригінальне джерело: Університет Чикаго
