Kuvahyvitys: Chicagon yliopisto
Yliopistotutkijat valmistelevat kaikkien aikojen kokeneen räjähtävän tähden edistyneimmän supertietokoneen simulaatiota.
Tomasz Plewa, vanhempi tutkijatohtori astrofysikaalisten lämpöydinlamppujen sekä tähtitieteen ja astrofysiikan keskuksessa, odottaa simulaation paljastavan räjähtävien tähtien, nimeltään supernoovat, mekaniikan ennennäkemättömällä yksityiskohtaisuudella.
Simulaation tekee mahdolliseksi se, että Yhdysvaltain energiaministeriö on erikoistanut ylimääräisen 2,7 miljoonan tunnin superlaskenta-ajan Flash Centeriin, joka käyttää tyypillisesti alle 500 000 tuntia supertietokoneaikaa vuodessa.
? Tämä on mielikuvituksen ulkopuolella ,? sanoi Plewa, joka toimitti Flash Center -ehdotuksen yliopiston ja Argonnen kansallisen laboratorion tutkimusryhmän puolesta.
Flash Center -projekti oli yksi kolmesta, jotka valittiin vastaanottamaan supertietokoneiden aikajaottelut uuden kilpailuohjelman puitteissa, jonka Energy Spencer Abraham ilmoitti viime heinäkuussa.
Kaksi muuta voittajaehdotusta tuli Georgian teknillisestä instituutista, joka sai 1,2 miljoonaa prosessorituntia, ja DOE: n Lawrence Berkeleyn kansallisesta laboratoriosta, joka sai miljoonan prosessoritunnin.
Supertietokoneaika auttaa Flash Centeriä tarkemmin simuloimaan valkoisen kääpiötähden räjähdyksen, joka on palanut suurimman osan tai koko ydinpolttoaineensa. Nämä supernoovat loistavat niin kirkkaasti, että tähtitieteilijät käyttävät niitä etäisyyden mittaamiseen maailmankaikkeudessa. Siitä huolimatta, monet yksityiskohdat siitä, mitä tapahtuu supernovan aikana, ovat edelleen tuntemattomia.
Supernovan simulointi on laskennallisesti intensiivistä, koska siihen liittyy laaja aika- ja avaruusvaaka. Valkoiset kääpiötähdet keräävät painovoimaa materiaalia seuratähdeltä miljoonien vuosien ajan, mutta syttyvät alle sekunnissa. Simulaatioiden on myös otettava huomioon fysikaaliset prosessit, jotka tapahtuvat mittakaavassa, joka vaihtelee muutama sadasosa tuumaa koko tähtipintaan, joka on kooltaan verrattavissa Maahan.
Samankaltaiset laskennalliset ongelmat häiritsevät DOE: n ydinaseiden varastojen hoito- ja hallintaohjelmaa. Presidentti Clinton allekirjoitti vuonna 1996 allekirjoitetun kattavan testikieltosopimuksen, jonka mukaan maan ydinasenalin luotettavuus on nyt testattava pikemminkin tietokonesimulaatioiden kuin kentällä.
? Kysymyksiä ovat viime kädessä kuinka ydinasema vanhenee ajan myötä, ja ennustaako koodisi, että ikääntymisprosessi on oikein? Plewa sanoi.
Flash-keskuksen tutkijat tarkistavat supernoovakoodinsa tarkkuuden vertaamalla simulaatioidensa tuloksia sekä laboratoriokokeisiin että teleskooppisiin havaintoihin. Esimerkiksi supernoovien spektrihavainnot tarjoavat eräänlaisen viivakoodin, joka paljastaa mitkä kemialliset elementit muodostuvat räjähdyksissä. Nämä havainnot ovat tällä hetkellä ristiriidassa simulaatioiden kanssa.
? Haluat sovittaa nykyiset simulaatiot havaintoihin kemiallisesta koostumuksesta ja alkuaineiden tuotannosta ,? Plewa sanoi.
Tutkijat haluavat myös nähdä selvemmin tapahtumien sekvenssin, joka tapahtuu välittömästi ennen kuin tähti menee supernovaan. Näyttää siltä, että supernoova alkaa valkoisen kääpiötähden ytimestä ja laajenee kohti pintaa kuin täyttöpallo.
Yhden teorian mukaan liekin etuosa alkaa laajentua suhteellisen "hitaana"? äänenopeus 60 mailia sekunnissa. Sitten jossain tuntemattomassa tilassa liekin etu räjähtää ja kiihtyy yliäänenopeuksille. Valkoisen kääpiön erittäin tiheässä materiaalissa yliäänenopeudet ylittävät 3100 mailia sekunnissa.
Toinen mahdollisuus: alijäämäinen aalto hiipuu saavuttaessaan tähden ulkopinnan, mikä johtaa valkoisen kääpiön romahtamiseen, palamattoman ydinpolttoaineen sekoittumiseen ja sitten räjähdykseen.
? On erittäin mukavaa, jos voimme simulaatioissa havaita tämän siirtymisen räjähdykseen ,? Plewa sanoi.
Flash-keskuksen tutkijat ovat jo nyt uudelleenluomassa tämän hetken simulaatioissaan. DOE: n ylimääräisen tietokoneajan pitäisi siirtää ne kynnyksen yli.
Keskusta kasvattaa simulaatioidensa resoluutiota kilometriin (mailin kuuteen kymmenesosaan) koko tähden simulaatiota varten. Aikaisemmin keskus pystyi saavuttamaan viiden kilometrin (3,1 mailin) resoluution koko tähden simulaatiolle tai 2,5 kilometrin (1,5 mailin) sellaiselle simulaatiolle, joka käsitti vain yhden kahdeksannen tähden.
Jälkimmäisissä simulaatioissa ei pystytä vangitsemaan häiriöitä, joita voi tapahtua tähden muissa osissa, Plewa sanoi. Mutta niistä voi pian tulla tieteellisiä jäännöksiä.
"Toivon kesällä mennessä, että kaikki simulaatiot on tehty ja siirrymme analysoimaan tietoja" hän sanoi.
Alkuperäinen lähde: Chicagon yliopiston lehdistötiedote
