Bildkredit: University of Chicago
Universitetsforskare förbereder sig för att köra den mest avancerade superdatorsimuleringen av en exploderande stjärna som någonsin har försökt.
Tomasz Plewa, Senior Research Associate i Center for Astrophysical Thermonuclear Flashes and Astronomy & Astrophysics, förväntar sig att simuleringen ska avslöja mekaniken i exploderande stjärnor, kallade supernovaer, i en aldrig tidigare skådad detalj.
Simuleringen möjliggörs av den amerikanska energidepartementets speciella fördelning av extraordinära 2,7 miljoner timmar superdatortid till Flash Center, som vanligtvis använder mindre än 500 000 timmar superdatortid årligen.
? Det här är över fantasin ,? sa Plewa, som lade fram Flash Center-förslaget på uppdrag av ett forskarteam vid universitetet och Argonne National Laboratory.
Flash Center-projektet var ett av tre utvalda för att ta emot superdatorns tilldelningar under ett nytt konkurrensprogram som meddelades i juli förra året av energisekreteraren Spencer Abraham.
De andra två vinnande förslagen kom från Georgia Institute of Technology, som fick 1,2 miljoner processortimmar, och DOE: s Lawrence Berkeley National Laboratory, som fick en miljon processortimmar.
Superdatortiden hjälper Flash Center mer exakt att simulera explosionen av en vit dvärgstjärna, en som har bränt de flesta eller alla dess kärnbränsle. Dessa supernovaer lyser så ljust att astronomer använder dem för att mäta avstånd i universum. Ändå är många detaljer om vad som händer under en supernova okända.
Simulering av en supernova är beräkningsintensivt eftersom det innebär stora skalor av tid och rum. Vita dvärgstjärnor ackumulerar gravitationellt material från en följeslagare i miljoner år, men antänds på mindre än en sekund. Simuleringar måste också redogöra för fysiska processer som förekommer i en skala som sträcker sig från några hundrastunders tum till stjärnans hela yta, som är jämförbar i storlek med jorden.
Liknande beräkningsproblem väcker DOE: s kärnvapen Stockpile Stewardship and Management Program. I kölvattnet av det omfattande förbudet om testförbud, som president Clinton undertecknade 1996, måste tillförlitligheten för landets kärnvapenarsenal nu testas via datorsimuleringar snarare än i fältet.
Frågorna är i slutändan hur åldras det nukleära arsenal med tiden och förutsäger din kod den åldrande processen korrekt? Sa Plewa.
Flash Center-forskare verifierar riktigheten av deras supernovakoder genom att jämföra resultaten från deras simuleringar både med laboratorieexperiment och med teleskopiska observationer. Spektrala observationer av supernovaer ger till exempel ett slags streckkod som avslöjar vilka kemiska element som produceras i explosionerna. Dessa observationer strider mot simuleringar.
? Du vill förena aktuella simuleringar med observationer angående kemisk sammansättning och produktion av element ,? Sa Plewa.
Forskare vill också se tydligare händelseförloppet som inträffar omedelbart innan en stjärna går supernova. Det verkar som att en supernova börjar i kärnan i en vit dvärgstjärna och expanderar mot ytan som en uppblåsande ballong.
Enligt en teori expanderar flamfronten initialt till en relativt långsam? subsonisk hastighet på 60 mil per sekund. Därefter, vid någon okänd punkt, detonerar flamfronten och accelererar till supersoniska hastigheter. I det ultratäta materialet i en vit dvärg överstiger supersoniska hastigheter 3 100 mil per sekund.
En annan möjlighet: den ursprungliga subsoniska vågen fostrar när den når den yttre delen av stjärnan, vilket leder till en kollaps av den vita dvärgen, blandningen av oförbränt kärnbränsle och sedan detonering.
? Det kommer att vara mycket trevligt om vi i simuleringarna kunde observera denna övergång till detonering ,? Sa Plewa.
Flash Center-forskare är redan på väg att återskapa detta ögonblick i sina simuleringar. Den extra datortiden från DOE bör pressa dem över tröskeln.
Centrumet kommer att öka upplösningen av sina simuleringar till en kilometer (sex tiondelar av en mil) för en helstjärnsimulering. Tidigare kunde centrumet uppnå en upplösning på fem kilometer (3,1 mil) för en helstjärnsimulering, eller 2,5 kilometer (1,5 mil) för en simulering som endast omfattar en åttondel av en stjärna.
De senare simuleringarna misslyckas med att fånga störningar som kan äga rum i andra delar av stjärnan, sade Plewa. Men de kan snart bli vetenskapliga reliker.
"Jag hoppas att sommaren kommer vi att ha alla simuleringar gjort och vi kommer att gå vidare för att analysera uppgifterna ,? han sa.
Originalkälla: University of Chicago News Release
