Do prawidłowej symulacji powierzchni gwiazdy neutronowej potrzebny jest superkomputer

Gwiazdy neutronowe, pozostałości masywnych gwiazd, które pod koniec swojego życia eksplodowały i przekształciły się w supernową, nadal mogą wytwarzać masywne rozbłyski. Te niesamowite eksplozje energii uwalniają promienie rentgenowskie, które rozprzestrzeniają się w przestrzeni. Symulacja jest złożonym procesem, ale astronomowie zwrócili się o pomoc do superkomputera. Modelując skręcone pola magnetyczne oraz interakcje z gazem i pyłem, odkryto powierzchnię płonących gwiazd neutronowych w oszałamiającym 3D.

Przez całe życie gwiazd wewnętrzna siła grawitacyjna jest równoważona przez skierowaną na zewnątrz siłę termojądrową. Gwiazdy takie jak nasze Słońce doświadczą siły termojądrowej, która pokonuje siłę grawitacji. Siła grawitacji pokonuje siłę termojądrową w najbardziej masywnych gwiazdach, gdy jądro gwiazdy zapada się, co prowadzi do odbicia i eksplozji supernowej. Rezultatem jest ultragęste jądro, w którym podczas zapadania się odległość między protonami i neutronami zostaje wyeliminowana. Rezultatem jest bardzo duży neutron o średnicy kilku kilometrów.

Jest bardzo prawdopodobne, że gwiazdy neutronowe mają gwiazdę towarzyszącą, a gdy gwiazdy się obracają, gwiazda neutronowa usuwa materię ze swojego towarzysza. Materia gromadzi się na gwieździe neutronowej, ściskając ją pod wpływem siły grawitacji, co prowadzi do eksplozji termojądrowej i uwolnienia promieni rentgenowskich. Zrozumienie uwalniania promieni rentgenowskich i sposobu ich rozchodzenia się po powierzchni gwiazdy neutronowej może nam wiele powiedzieć o gwieździe neutronowej i jej składzie.

Zespół astrofizyków z Uniwersytetu Stanowego Nowego Jorku i Uniwersytetu Kalifornijskiego próbuje symulować rozbłyski promieniowania rentgenowskiego w modelach 2D i 3D. Jednym z wyzwań związanych z osiągnięciem tego celu jest ogromna ilość mocy obliczeniowej wymaganej do wykonania zadania. Aby przezwyciężyć ten problem, zespół wykorzystał superkomputer Oak Ridge Leadership Computing Facility do analizy i porównania modeli.

Superkomputer Summit doskonale nadaje się do tego zadania. Łącząc wysokowydajny procesor i przyspieszony procesor graficzny, zespół był w stanie przeprowadzić symulacje. Delegując zadanie przeprowadzania symulacji do procesora graficznego, procesor może swobodnie porównywać modele. Naukowcom udało się ograniczyć rozmiar źródła, aby obliczyć promień gwiazdy neutronowej. Gwiazda neutronowa ma zwykle około dwukrotnie większą masę niż Słońce, chociaż zazwyczaj ma średnicę do 12 kilometrów. Badanie rozbłysków oznacza, że ​​masę i promień gwiazdy neutronowej można wywnioskować na podstawie zachowania się materii w ekstremalnych warunkach.

Utworzone modele 3D są powiadamiane z poprzednich modeli 2D. Wykorzystując modele dla różnych temperatur powierzchni gwiazd i prędkości rotacji, zbadano propagację płomienia. Badanie 2D wykazało, że różne warunki fizyczne prowadzą do różnej szybkości rozprzestrzeniania się płomienia. Symulacje 3D dotyczyły ewolucji rozbłysku na powierzchni gwiazdy neutronowej o temperaturze powierzchni miliony razy wyższej niż temperatura Słońca i szybkości rotacji 1000 Hz, czyli 1000 cykli na sekundę. W tych symulacjach płomień nie pozostaje okrągły, a powstały popiół wykorzystano do sprawdzenia, jak szybko postępował proces spalania.

Wyniki pokazały, że wypalanie modelu 2D było nieco szybsze niż modelu 3D, ale w obu przypadkach było podobne. Jeśli wymagane są bardziej złożone interakcje, takie jak turbulencje, wymagany będzie model 3D. Nadchodzą ekscytujące czasy, gdy naukowcy nadal starają się modelować cały płomień rozprzestrzeniający się po całej gwieździe.

źródło : Naukowcy wykorzystują superkomputer Summit do badania dziwnych zjawisk gwiezdnych