Credito d'immagine: Università di Chicago
Gli scienziati universitari si stanno preparando per eseguire la simulazione di supercomputer più avanzata di una stella che esplode mai tentata.
Tomasz Plewa, Senior Research Associate presso il Center for Astrophysical Thermonuclear Flashes and Astronomy & Astrophysics, si aspetta che la simulazione sveli la meccanica delle stelle che esplodono, chiamate supernovae, con dettagli senza precedenti.
La simulazione è resa possibile dalla speciale assegnazione del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti di straordinari 2,7 milioni di ore di supercalcolo al Flash Center, che in genere impiega meno di 500.000 ore di tempo di supercomputer ogni anno.
? Questo è oltre ogni immaginazione? ha affermato Plewa, che ha presentato la proposta del Flash Center per conto di un gruppo di ricerca dell'Università e Argonne National Laboratory.
Il progetto Flash Center è stato uno dei tre selezionati per ricevere assegnazioni di tempo da supercomputer nell'ambito di un nuovo programma competitivo annunciato lo scorso luglio dal segretario all'energia Spencer Abraham.
Le altre due proposte vincenti sono arrivate dal Georgia Institute of Technology, che ha ricevuto 1,2 milioni di ore di processore e dal Lawrence Berkeley National Laboratory del DOE, che ha ricevuto un milione di ore di processore.
Il tempo del supercomputer aiuterà il Flash Center a simulare in modo più preciso l'esplosione di una stella nana bianca, che ha bruciato la maggior parte o tutto il suo combustibile nucleare. Queste supernove brillano così intensamente che gli astronomi le usano per misurare la distanza nell'universo. Tuttavia, molti dettagli su ciò che accade durante una supernova rimangono sconosciuti.
La simulazione di una supernova è intensiva dal punto di vista computazionale perché comporta vaste scale di tempo e spazio. Le stelle nane bianche accumulano gravitazionalmente materiale da una stella compagna per milioni di anni, ma si accendono in meno di un secondo. Le simulazioni devono anche tenere conto dei processi fisici che si verificano su una scala che varia da pochi centesimi di pollice all'intera superficie della stella, che è paragonabile per dimensioni alla Terra.
Problemi computazionali simili mettono in crisi il programma di gestione e gestione delle scorte di armi nucleari del DOE. Sulla scia del Trattato sul divieto di prova globale, che il Presidente Clinton ha firmato nel 1996, l'affidabilità dell'arsenale nucleare della nazione deve ora essere testata tramite simulazioni al computer piuttosto che sul campo.
? Alla fine le domande sono: come sta invecchiando l'arsenale nucleare con il tempo, e il tuo codice prevede che il processo di invecchiamento sia corretto? Disse Plewa.
Gli scienziati di Flash Center verificano l'accuratezza del loro codice delle supernovae confrontando i risultati delle loro simulazioni sia con esperimenti di laboratorio che con osservazioni telescopiche. Le osservazioni spettrali delle supernovae, ad esempio, forniscono una sorta di codice a barre che rivela quali elementi chimici sono prodotti nelle esplosioni. Tali osservazioni sono attualmente in conflitto con le simulazioni.
? Vuoi conciliare le simulazioni attuali con le osservazioni relative alla composizione chimica e alla produzione di elementi? Disse Plewa.
Gli scienziati desiderano anche vedere più chiaramente la sequenza di eventi che si verificano immediatamente prima che una stella diventi una supernova. Sembra che una supernova inizi nel centro di una stella nana bianca e si espanda verso la superficie come un pallone gonfiabile.
Secondo una teoria, il fronte di fiamma inizialmente si espande a un relativamente? Lento? velocità subsonica di 60 miglia al secondo. Quindi, in un punto sconosciuto, la parte anteriore della fiamma fa esplodere e accelera a velocità supersoniche. Nel materiale ultra denso di una nana bianca, le velocità supersoniche superano le 3.100 miglia al secondo.
Un'altra possibilità: l'onda subsonica iniziale si spegne quando raggiunge la parte esterna della stella, portando a un crollo della nana bianca, alla miscelazione di combustibile nucleare incombusto e quindi alla detonazione.
? Sarebbe molto bello se nelle simulazioni potessimo osservare questa transizione alla detonazione? Disse Plewa.
Gli scienziati di Flash Center sono già sul punto di ricreare questo momento nelle loro simulazioni. Il tempo extra del computer dal DOE dovrebbe spingerli oltre la soglia.
Il centro aumenterà la risoluzione delle sue simulazioni a un chilometro (sei decimi di miglio) per una simulazione a stella intera. In precedenza, il centro poteva raggiungere una risoluzione di cinque chilometri (3,1 miglia) per una simulazione a stella intera o 2,5 chilometri (1,5 miglia) per una simulazione che comprendeva solo un ottavo di stella.
Queste ultime simulazioni non riescono a catturare le perturbazioni che possono aver luogo in altre sezioni della stella, ha affermato Plewa. Ma potrebbero presto diventare reliquie scientifiche.
"Spero che entro l'estate avremo fatto tutte le simulazioni e passeremo ad analizzare i dati". Egli ha detto.
Fonte originale: Comunicato stampa dell'Università di Chicago
