Bildnachweis: University of Chicago
Universitätswissenschaftler bereiten sich darauf vor, die fortschrittlichste Supercomputersimulation eines explodierenden Sterns durchzuführen, die jemals versucht wurde.
Tomasz Plewa, Senior Research Associate im Zentrum für astrophysikalische thermonukleare Blitze und Astronomie und Astrophysik, erwartet, dass die Simulation die Mechanik explodierender Sterne, Supernovae genannt, in beispiellosen Details enthüllt.
Die Simulation wird durch die spezielle Zuweisung von außergewöhnlichen 2,7 Millionen Stunden Supercomputerzeit durch das US-Energieministerium zum Flash Center ermöglicht, das normalerweise weniger als 500.000 Stunden Supercomputerzeit pro Jahr benötigt.
? Das ist jenseits aller Vorstellungskraft? sagte Plewa, der den Vorschlag für das Flash Center im Auftrag eines Forschungsteams der Universität und des Argonne National Laboratory einreichte.
Das Flash Center-Projekt war eines von drei Projekten, die im Rahmen eines neuen Wettbewerbsprogramms ausgewählt wurden, das im Juli letzten Jahres von Energieminister Spencer Abraham angekündigt wurde.
Die beiden anderen Gewinnervorschläge kamen vom Georgia Institute of Technology, das 1,2 Millionen Prozessorstunden erhielt, und vom Lawrence Berkeley National Laboratory des DOE, das eine Million Prozessorstunden erhielt.
Die Supercomputerzeit hilft dem Flash Center, die Explosion eines weißen Zwergsterns, der den größten Teil oder den gesamten Kernbrennstoff verbrannt hat, genauer zu simulieren. Diese Supernovae leuchten so hell, dass Astronomen sie verwenden, um die Entfernung im Universum zu messen. Trotzdem sind viele Details darüber, was während einer Supernova passiert, unbekannt.
Die Simulation einer Supernova ist rechenintensiv, da sie große Zeit- und Raumskalen umfasst. Weiße Zwergsterne sammeln seit Millionen von Jahren gravitativ Material von einem Begleitstern an, entzünden sich jedoch in weniger als einer Sekunde. Simulationen müssen auch physikalische Prozesse berücksichtigen, die auf einer Skala von einigen Hundertstel Zoll bis zur gesamten Oberfläche des Sterns ablaufen, deren Größe mit der der Erde vergleichbar ist.
Ähnliche Rechenprobleme ärgern das Programm zur Verwaltung und Verwaltung von Nuklearwaffen des DOE. Nach dem Vertrag über das umfassende Verbot von Tests, den Präsident Clinton 1996 unterzeichnet hat, muss die Zuverlässigkeit des nuklearen Arsenals des Landes nun nicht mehr vor Ort, sondern über Computersimulationen geprüft werden.
"Die Fragen sind letztendlich, wie das nukleare Arsenal mit der Zeit altert und ob Ihr Code diesen Alterungsprozess korrekt vorhersagt." Sagte Plewa.
Wissenschaftler des Flash Centers überprüfen die Genauigkeit ihres Supernovae-Codes, indem sie die Ergebnisse ihrer Simulationen sowohl mit Laborexperimenten als auch mit teleskopischen Beobachtungen vergleichen. Spektrale Beobachtungen von Supernovae liefern beispielsweise eine Art Strichcode, der zeigt, welche chemischen Elemente bei den Explosionen entstehen. Diese Beobachtungen stehen derzeit im Widerspruch zu Simulationen.
? Sie möchten aktuelle Simulationen mit Beobachtungen zur chemischen Zusammensetzung und zur Herstellung von Elementen in Einklang bringen? Sagte Plewa.
Wissenschaftler möchten auch die Abfolge der Ereignisse, die unmittelbar vor der Supernova eines Sterns auftreten, klarer sehen. Es scheint, dass eine Supernova im Kern eines weißen Zwergsterns beginnt und sich wie ein aufblasbarer Ballon zur Oberfläche ausdehnt.
Nach einer Theorie dehnt sich die Flammenfront zunächst relativ langsam aus. Unterschallgeschwindigkeit von 60 Meilen pro Sekunde. Dann detoniert die Flammenfront an einem unbekannten Punkt und beschleunigt auf Überschallgeschwindigkeit. Im ultradichten Material eines Weißen Zwergs überschreiten Überschallgeschwindigkeiten 3.100 Meilen pro Sekunde.
Eine andere Möglichkeit: Die anfängliche Unterschallwelle sprudelt, wenn sie den äußeren Teil des Sterns erreicht, was zum Zusammenbruch des Weißen Zwergs, zum Mischen von unverbranntem Kernbrennstoff und dann zur Detonation führt.
"Es wird sehr schön sein, wenn wir in den Simulationen diesen Übergang zur Detonation beobachten könnten." Sagte Plewa.
Die Wissenschaftler des Flash Centers stehen bereits kurz davor, diesen Moment in ihren Simulationen nachzubilden. Die zusätzliche Computerzeit vom DOE sollte sie über den Schwellenwert schieben.
Das Zentrum wird die Auflösung seiner Simulationen für eine Ganzsternsimulation auf einen Kilometer (sechs Zehntel einer Meile) erhöhen. Zuvor konnte das Zentrum eine Auflösung von fünf Kilometern (3,1 Meilen) für eine Ganzsternsimulation oder 2,5 Kilometer (1,5 Meilen) für eine Simulation mit nur einem Achtel eines Sterns erreichen.
Die letzteren Simulationen erfassen keine Störungen, die in anderen Abschnitten des Sterns auftreten können, sagte Plewa. Aber sie könnten bald zu wissenschaftlichen Relikten werden.
"Ich hoffe, bis zum Sommer werden wir alle Simulationen durchführen und die Daten analysieren." er sagte.
Originalquelle: Pressemitteilung der Universität von Chicago
