Нейтронные звезды, остатки массивных звезд, которые взорвались и стали сверхновыми в конце своей жизни, все еще могут создавать массивные вспышки. Эти невероятные всплески энергии испускают рентгеновские лучи, которые распространяются в пространстве. Это сложный процесс для моделирования, но астрономы обратились за помощью к суперкомпьютеру. Моделируя закручивающиеся магнитные поля, взаимодействие с газом и пылью, поверхность вспыхивающих нейтронных звезд была обнаружена в невероятном 3D.
На протяжении всей жизни звезды внутренняя сила гравитации уравновешивается выталкивающей наружу термоядерной силой. Звезды, подобные нашему Солнцу, испытают термоядерную силу, преодолевающую силу гравитации. Сила гравитации побеждает термоядерную силу в более массивных звездах, когда ядро звезды коллапсирует, что приводит к отскоку и взрыву сверхновой. В результате получается сверхплотное ядро, в котором пространство между протонами и нейтронами уничтожается во время коллапса. В результате получается огромный нейтрон диаметром в несколько километров.
У нейтронных звезд вполне возможно иметь звезду-компаньона, и по мере вращения звезды нейтронная звезда отрывает материал от своего компаньона. Материал будет накапливаться на нейтронной звезде, сжиматься под действием силы тяжести, что приведет к термоядерному взрыву и выбросу рентгеновских лучей. Понимание этого рентгеновского излучения и того, как оно распространяется по поверхности нейтронной звезды, может многое рассказать нам о нейтронной звезде и ее составе.
Команда астрофизиков из Государственного университета Нью-Йорка и Калифорнийского университета попыталась смоделировать рентгеновские всплески в 2D- и 3D-моделях. Одной из проблем в достижении этой цели является огромный объем вычислительной мощности, необходимой для решения этой задачи. Чтобы преодолеть эту проблему, команда использовала суперкомпьютер Summit Oak Ridge Leadership Computing Facility для анализа и сравнения моделей.
Суперкомпьютер Summit хорошо подходит для этой задачи. Объединив высокопроизводительный процессор и ускоренный графический процессор, команда смогла запустить моделирование. Делегировав выполнение моделирования графическому процессору, центральный процессор освободился для сравнения моделей. Исследователи смогли ограничить размер источника, чтобы можно было рассчитать радиус нейтронной звезды. Обычно нейтронная звезда имеет массу, в два раза превышающую массу Солнца, хотя ее поперечник обычно достигает 12 км. Изучение вспышек означает, что массу и радиус нейтронной звезды можно определить на основании того, как материя ведет себя в экстремальных условиях.
Созданные модели в 3D были основаны на предыдущих моделях 2D. С помощью моделей при различных температуре поверхности звезды и скорости вращения было исследовано распространение пламени. 2D-исследование показало, что разные физические условия приводят к разной скорости распространения пламени. Трехмерное моделирование рассматривало эволюцию вспышки на поверхности нейтронной звезды с температурой поверхности в несколько миллионов раз выше, чем у Солнца, и скоростью вращения 1000 герц или 1000 оборотов в секунду. В этих симуляциях пламя не оставалось круглым, и полученную золу использовали, чтобы узнать, насколько быстро прогрессировало горение.
Результаты показали, что запись 2D-модели происходила немного быстрее, чем 3D-модели, но обе модели были одинаковыми. Если требуются более сложные взаимодействия, такие как турбулентность, потребуется 3D-модель. Впереди нас ждут захватывающие времена, поскольку они продолжают стремиться к моделированию всего пламени, распространяющегося по всей звезде.
Источник: Ученые используют суперкомпьютер Summit для исследования экзотических звездных явлений.
