Πιστωτική εικόνα: Πανεπιστήμιο του Σικάγου
Οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου ετοιμάζονται να εκτελέσουν την πιο προηγμένη προσομοίωση υπερυπολογιστών ενός αστέρι που εκρήγνυται ποτέ.
Ο Tomasz Plewa, Ανώτερος Ερευνητικός Συνεργάτης στο Κέντρο Αστροφυσικών Θερμοπυρηνικών Φλας και Αστρονομίας & Αστροφυσικής, αναμένει από την προσομοίωση να αποκαλύψει τους μηχανισμούς των εκρηκτικών αστεριών, που ονομάζονται σουπερνόβα, σε άνευ προηγουμένου λεπτομέρεια.
Η προσομοίωση καθίσταται δυνατή από την ειδική κατανομή 2,7 εκατομμυρίων ωρών χρόνου υπερυπολογιστών από το Υπουργείο Ενέργειας των Η.Π.Α. στο Κέντρο Flash, το οποίο συνήθως χρησιμοποιεί λιγότερο από 500.000 ώρες χρόνου υπερυπολογιστών ετησίως.
Αυτό είναι πέρα από τη φαντασία,; είπε ο Plewa, ο οποίος υπέβαλε την πρόταση του Κέντρου Flash για λογαριασμό μιας ερευνητικής ομάδας στο Πανεπιστήμιο και στο Εθνικό Εργαστήριο του Αργόν.
Το έργο του Flash Center ήταν ένα από τα τρία που επιλέχθηκαν να λάβουν κατανομές χρόνου υπερυπολογιστών στο πλαίσιο ενός νέου ανταγωνιστικού προγράμματος που ανακοινώθηκε τον περασμένο Ιούλιο από τον Υπουργό Ενέργειας Spencer Abraham.
Οι άλλες δύο νικηφόρες προτάσεις προήλθαν από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Γεωργίας, το οποίο έλαβε 1,2 εκατομμύρια ώρες επεξεργασίας, και το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley του DOE, το οποίο έλαβε ένα εκατομμύριο ώρες επεξεργαστή.
Ο χρόνος του υπερυπολογιστή θα βοηθήσει το Κέντρο Flash να προσομοιώσει με μεγαλύτερη ακρίβεια την έκρηξη ενός αστέρα λευκού νάνου, ενός που έχει κάψει το μεγαλύτερο μέρος ή το σύνολο των πυρηνικών καυσίμων του. Αυτά τα σουπερνόβα λάμπουν τόσο έντονα που οι αστρονόμοι τα χρησιμοποιούν για να μετρήσουν την απόσταση στο σύμπαν. Ωστόσο, πολλές λεπτομέρειες σχετικά με το τι συμβαίνει κατά τη διάρκεια ενός σουπερνόβα παραμένουν άγνωστες.
Η προσομοίωση μιας σουπερνόβα είναι υπολογιστικά εντατική, διότι περιλαμβάνει τεράστιες κλίμακες χρόνου και χώρου. Λευκοί νάνοι αστέρια συσσωρεύουν βαρυτικά υλικό από ένα συνοδευτικό αστέρι για εκατομμύρια χρόνια, αλλά αναφλέγονται σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο. Οι προσομοιώσεις πρέπει επίσης να λαμβάνουν υπόψη τις φυσικές διεργασίες που συμβαίνουν σε κλίμακα που κυμαίνεται από μερικούς εκατοστά της ίντσας έως ολόκληρη την επιφάνεια του αστεριού, η οποία είναι συγκρίσιμη σε μέγεθος με τη Γη.
Παρόμοια υπολογιστικά προβλήματα ενοχλούν το πρόγραμμα διαχείρισης και διαχείρισης αποθεμάτων πυρηνικών όπλων του DOE. Μετά τη Συνθήκη της Ολοκληρωμένης Απαγόρευσης Δοκιμών, την οποία υπέγραψε ο Πρόεδρος Κλίντον το 1996, η αξιοπιστία του πυρηνικού οπλοστασίου του έθνους πρέπει τώρα να δοκιμαστεί μέσω προσομοιώσεων υπολογιστών παρά στο πεδίο.
Οι ερωτήσεις τελικά είναι πώς γερνάει το πυρηνικό οπλοστάσιο με το χρόνο και ο κώδικάς σας προβλέπει ότι η διαδικασία γήρανσης σωστά; Ο Πλέα είπε.
Οι επιστήμονες του Κέντρου Flash επιβεβαιώνουν την ακρίβεια του κώδικα των σουπερνόβων συγκρίνοντας τα αποτελέσματα των προσομοιώσεών τους τόσο με εργαστηριακά πειράματα όσο και με τηλεσκοπικές παρατηρήσεις. Οι φασματικές παρατηρήσεις των σουπερνόβων, για παράδειγμα, παρέχουν ένα είδος γραμμικού κώδικα που αποκαλύπτει ποια χημικά στοιχεία παράγονται στις εκρήξεις. Αυτές οι παρατηρήσεις έρχονται σε σύγκρουση με προσομοιώσεις.
«Θέλετε να συνδυάσετε τις τρέχουσες προσομοιώσεις με παρατηρήσεις σχετικά με τη χημική σύνθεση και την παραγωγή στοιχείων»; Ο Πλέα είπε.
Οι επιστήμονες επιθυμούν επίσης να δουν πιο ξεκάθαρα την ακολουθία των γεγονότων που συμβαίνει αμέσως πριν ένα αστέρι πηγαίνει σουπερνόβα. Φαίνεται ότι μια σουπερνόβα ξεκινά στον πυρήνα ενός λευκού νάνου και εκτείνεται προς την επιφάνεια σαν ένα φουσκωμένο μπαλόνι.
Σύμφωνα με μια θεωρία, το μέτωπο της φλόγας αρχικά επεκτείνεται με σχετικά; αργό; υποηχητική ταχύτητα 60 μιλίων ανά δευτερόλεπτο. Στη συνέχεια, σε κάποιο άγνωστο σημείο, το μέτωπο της φλόγας πυροδοτείται και επιταχύνεται σε υπερηχητικές ταχύτητες. Στο εξαιρετικά πυκνό υλικό ενός λευκού νάνου, οι υπερηχητικές ταχύτητες υπερβαίνουν τα 3.100 μίλια ανά δευτερόλεπτο.
Μια άλλη πιθανότητα: το αρχικό υποηχητικό κύμα ξεθωριάζει όταν φτάνει στο εξωτερικό μέρος του άστρου, οδηγώντας σε κατάρρευση του λευκού νάνου, την ανάμιξη μη καμένου πυρηνικού καυσίμου και στη συνέχεια έκρηξη.
"Θα είναι πολύ ωραίο εάν στις προσομοιώσεις παρατηρούμε αυτήν τη μετάβαση σε έκρηξη"; Ο Πλέα είπε.
Οι επιστήμονες του Κέντρου Flash έχουν ήδη στα πρόθυρα να δημιουργήσουν αυτή τη στιγμή στις προσομοιώσεις τους. Ο επιπλέον χρόνος υπολογιστή από το DOE πρέπει να τους ωθήσει πέρα από το κατώφλι.
Το κέντρο θα αυξήσει την ανάλυση των προσομοιώσεών του σε ένα χιλιόμετρο (έξι δέκατα του μιλίου) για μια προσομοίωση ολόκληρου αστεριού. Προηγουμένως, το κέντρο θα μπορούσε να επιτύχει ανάλυση πέντε χιλιομέτρων (3,1 μίλια) για μια προσομοίωση ολόκληρου αστεριού, ή 2,5 χιλιόμετρα (1,5 μίλια) για μια προσομοίωση που περιλαμβάνει μόνο το ένα όγδοο ενός αστεριού.
Οι τελευταίες προσομοιώσεις αποτυγχάνουν να εντοπίσουν διαταραχές που μπορεί να λάβουν χώρα σε άλλα τμήματα του αστεριού, δήλωσε ο Πλέα. Αλλά μπορεί σύντομα να γίνουν επιστημονικά λείψανα.
«Ελπίζω μέχρι το καλοκαίρι να κάνουμε όλες τις προσομοιώσεις και θα προχωρήσουμε στην ανάλυση των δεδομένων», αυτός είπε.
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο Τύπου του Πανεπιστημίου του Σικάγο
