Ci vuole un supercomputer per simulare correttamente la superficie di una stella di neutroni

Le stelle di neutroni, i resti di stelle massicce esplose e diventate supernova alla fine della loro vita, possono ancora produrre massicci brillamenti. Queste incredibili esplosioni di energia rilasciano raggi X che si diffondono nello spazio. È un processo complesso da simulare, ma gli astronomi si sono rivolti a un supercomputer per aiutarli. Modellando campi magnetici contorti e l'interazione con gas e polvere, la superficie delle stelle di neutroni ardenti è stata rivelata in uno straordinario 3D.

Durante tutta la vita delle stelle, la forza gravitazionale verso l’interno è bilanciata dalla forza termonucleare che spinge verso l’esterno. Stelle come il nostro Sole sperimenteranno la forza termonucleare che supera la forza di gravità. La forza gravitazionale supera la forza termonucleare nelle stelle più massicce quando il nucleo della stella collassa, provocando un rimbalzo e l'esplosione di una supernova. Il risultato è un nucleo ultradenso in cui la distanza tra protoni e neutroni viene eliminata durante il collasso. Il risultato è un neutrone molto grande, largo pochi chilometri.

È molto probabile che le stelle di neutroni abbiano una stella compagna e, mentre le stelle ruotano, la stella di neutroni rimuove materiale dalla sua compagna. La materia si accumulerà sulla stella di neutroni, comprimendosi sotto la forza di gravità, provocando un'esplosione termonucleare e il rilascio di raggi X. Comprendere il rilascio dei raggi X e il modo in cui si propagano attraverso la superficie di una stella di neutroni può dirci molto sulla stella di neutroni e sulla sua composizione.

Un team di astrofisici della State University di New York e dell'Università della California sta cercando di simulare i lampi di raggi X in modelli 2D e 3D. Una delle sfide per raggiungere questo obiettivo è l’enorme quantità di potenza di calcolo necessaria per portare a termine il compito. Per superare questo problema, il team ha utilizzato il supercomputer dell'Oak Ridge Leadership Computing Facility per analizzare e confrontare i modelli.

Il supercomputer Summit è particolarmente adatto a questo compito. Combinando una CPU ad alte prestazioni e una GPU accelerata, il team è stato in grado di eseguire le simulazioni. Delegando il compito di eseguire simulazioni alla GPU, la CPU viene liberata per confrontare i modelli. I ricercatori sono riusciti a limitare le dimensioni della sorgente in modo da poter calcolare il raggio della stella di neutroni. Una stella di neutroni ha in genere circa il doppio della massa del Sole, sebbene abbia generalmente un diametro fino a 12 chilometri. Studiare i brillamenti significa che la massa e il raggio di una stella di neutroni possono essere dedotti dal modo in cui la materia si comporta in condizioni estreme.

I modelli 3D creati ricevono notifiche dai modelli 2D precedenti. Utilizzando modelli con diverse temperature superficiali e velocità di rotazione della stella, è stata esplorata la propagazione della fiamma. Lo studio 2D ha dimostrato che diverse condizioni fisiche portano a una diversa velocità di propagazione della fiamma. Le simulazioni 3D hanno esaminato l’evoluzione del bagliore sulla superficie di una stella di neutroni con una temperatura superficiale milioni di volte più calda di quella del Sole e una velocità di rotazione di 1.000 Hz, o 1.000 cicli al secondo. In queste simulazioni, la fiamma non rimane circolare e la cenere risultante è stata utilizzata per vedere quanto velocemente procedeva il processo di combustione.

I risultati hanno mostrato che la masterizzazione del modello 2D è stata leggermente più veloce rispetto al modello 3D, ma entrambi erano simili. Se sono necessarie interazioni più complesse come la turbolenza, sarà necessario un modello 3D. Si prospettano tempi entusiasmanti mentre continuano a sforzarsi di riuscire a modellare l’intera fiamma diffusa su tutta la stella.

fonte : Gli scienziati utilizzano il supercomputer Summit per esplorare strani fenomeni stellari