Afbeelding tegoed: University of Chicago
Universitaire wetenschappers bereiden zich voor om de meest geavanceerde simulatie van een supercomputer van een exploderende ster ooit uit te voeren.
Tomasz Plewa, Senior Research Associate bij het Center for Astrophysical Thermonuclear Flashes and Astronomy & Astrophysics, verwacht dat de simulatie de mechanica van exploderende sterren, supernovae genaamd, in ongekende details zal onthullen.
De simulatie is mogelijk gemaakt door de speciale toewijzing van het Amerikaanse ministerie van Energie van een buitengewone 2,7 miljoen uur supercomputertijd aan het Flash Center, dat doorgaans minder dan 500.000 uur supercomputertijd per jaar gebruikt.
? Dit is onvoorstelbaar ,? zei Plewa, die het Flash Center-voorstel indiende namens een onderzoeksteam van de universiteit en het Argonne National Laboratory.
Het Flash Center-project was een van de drie geselecteerde projecten voor het toewijzen van tijd aan supercomputers in het kader van een nieuw competitief programma dat afgelopen juli door minister van Energie Spencer Abraham werd aangekondigd.
De andere twee winnende voorstellen waren afkomstig van het Georgia Institute of Technology, dat 1,2 miljoen processoruren ontving, en het DOE's Lawrence Berkeley National Laboratory, dat één miljoen processoruren ontving.
De tijd van de supercomputer zal het Flash Center helpen de explosie van een witte dwergster nauwkeuriger te simuleren, een die de meeste of al zijn splijtstof heeft verbrand. Deze supernova's schijnen zo helder dat astronomen ze gebruiken om de afstand in het heelal te meten. Desondanks blijven veel details over wat er gebeurt tijdens een supernova onbekend.
Het simuleren van een supernova is rekenintensief omdat het enorme schalen van tijd en ruimte met zich meebrengt. Witte dwergsterren verzamelen gedurende miljoenen jaren gravitationeel materiaal van een begeleidende ster, maar ontbranden in minder dan een seconde. Simulaties moeten ook rekening houden met fysieke processen die plaatsvinden op een schaal die varieert van een paar honderdsten van een inch tot het hele oppervlak van de ster, dat qua grootte vergelijkbaar is met de aarde.
Vergelijkbare rekenproblemen maken het DOE's Stockpile Stewardship and Management Program lastig. In de nasleep van het Alomvattend Testverbodverdrag, dat president Clinton in 1996 ondertekende, moet de betrouwbaarheid van het nationale nucleaire arsenaal nu worden getest via computersimulaties in plaats van in het veld.
? De vragen zijn uiteindelijk hoe is de nucleaire arsenaal veroudering met de tijd, en voorspelt uw code dat verouderingsproces correct ?? Zei Plewa.
Flash Center-wetenschappers verifiëren de nauwkeurigheid van hun supernova-code door de resultaten van hun simulaties te vergelijken met zowel laboratoriumexperimenten als telescopische waarnemingen. Spectrale waarnemingen van supernova's geven bijvoorbeeld een soort streepjescode die laat zien welke chemische elementen bij de explosies ontstaan. Deze waarnemingen zijn momenteel in strijd met simulaties.
? U wilt huidige simulaties verzoenen met waarnemingen over chemische samenstelling en de productie van elementen? Zei Plewa.
Wetenschappers willen ook duidelijker de opeenvolging van gebeurtenissen zien die plaatsvindt vlak voordat een ster supernova wordt. Het lijkt erop dat een supernova begint in de kern van een witte dwergster en zich als een opblazende ballon naar het oppervlak uitbreidt.
Volgens één theorie zet het vlamfront aanvankelijk relatief langzamer uit? subsonische snelheid van 60 mijl per seconde. Dan, op een onbekend punt, ontploft het vlamfront en versnelt het tot supersonische snelheden. In het ultra-dichte materiaal van een witte dwerg overschrijden supersonische snelheden 3.100 mijl per seconde.
Een andere mogelijkheid: de eerste subsonische golf bruist als hij het buitenste deel van de ster bereikt, wat leidt tot een ineenstorting van de witte dwerg, het vermengen van onverbrande splijtstof en vervolgens ontploffing.
? Het zou heel mooi zijn als we in de simulaties deze overgang naar detonatie konden waarnemen? Zei Plewa.
Wetenschappers van Flash Center staan op het punt dit moment opnieuw te creëren in hun simulaties. De extra computertijd van de DOE zou ze over de drempel moeten duwen.
Het centrum zal de resolutie van zijn simulaties verhogen tot één kilometer (zes tienden van een mijl) voor een simulatie met een hele ster. Voorheen kon het centrum een resolutie van vijf kilometer (3,1 mijl) bereiken voor een simulatie van een hele ster, of 2,5 kilometer (1,5 mijl) voor een simulatie die slechts een achtste van een ster omvat.
De laatste simulaties slagen er niet in om verstoringen vast te leggen die zich in andere delen van de ster kunnen voordoen, zei Plewa. Maar het kunnen binnenkort wetenschappelijke relikwieën worden.
? Ik hoop dat we tegen de zomer alle simulaties hebben gedaan en we gaan verder met het analyseren van de gegevens? hij zei.
Oorspronkelijke bron: University of Chicago News Release
