В основі найменших і найщільніших зірок у Всесвіті лежить ядерна екзотична матерія, яка може існувати в небачених раніше фазах. Вважається, що нейтронні зірки, які утворюються, коли ядра масивних зірок колапсують в результаті вибуху наднової, що світиться, містять матерію з енергіями вище, ніж ті, які можуть бути досягнуті в експериментах з прискорювачами частинок, таких як експерименти на Великому адронному колайдері.
Хоча вчені не можуть відтворити ці екстремальні умови на Землі, вони можуть використовувати нейтронні зірки як готові лабораторії, щоб краще зрозуміти екзотичну матерію.
Моделювання нейтронних зірок, багато з яких мають діаметр всього 20 кілометрів, але при цьому мають масу в 1,4-2 рази перевищує масу Сонця, може дати уявлення про матерію, яка існує в їх надрах, і дати підказки про те, як вона веде себе при такій щільності.
Група астрофізиків на чолі з Майклом Зінгейлом з Університету Стоуні-Брук використовувала суперкомп'ютер Summit IBM AC922 для моделювання явища нейтронної зірки, званого рентгенівським спалахом, - термоядерного вибуху, який виникає на поверхні нейтронної зірки, коли її гравітаційне поле відтягує досить велика кількість речовини від найближчої зірки.
Тепер вчені змоделювали почесний спалах полум'я в рентгенівських променях, що рухається по поверхні нейтронної зірки, щоб визначити, як полум'я діє в різних умовах.
Моделювання цього астрофізичного явища надає вченим дані, які можуть допомогти їм краще виміряти радіуси нейтронних зірок - показник, який має вирішальне значення для вивчення фізики всередині нейтронних зірок.
«Астрономи можуть використовувати рентгенівські спалахи для вимірювання радіусу нейтронної зірки, що є проблемою, тому що вона настільки мала», - сказав Майкл Зінгейл. "Якщо ми знаємо радіус, ми можемо визначити властивості нейтронної зірки і зрозуміти матерію, яка знаходиться в її центрі. Наше моделювання допоможе пов'язати фізику палаючого полум'я рентгенівського спалаху зі спостереженнями ".
Вчені виявила, що різні вихідні моделі і фізика призводять до різних результатів. На наступному етапі проекту команда планує запустити одне велике 3D-моделювання на основі результатів дослідження, щоб отримати більш точну картину явища рентгенівського спалаху.
Труднощі моделювання
Моделювання нейтронних зірок вимагає величезної кількості фізичних даних і, отже, величезних обчислювальних потужностей. Навіть на Саміті дослідники можуть дозволити собі змоделювати лише невелику частину поверхні нейтронної зірки.
Щоб точно зрозуміти поведінку полум'я, вчені використовували Summit для моделювання полум'я за різними характеристиками нейтронної зірки. Моделювання було виконано в рамках розподілу обчислювального часу за програмою інноваційних і нових обчислень, що впливають на теорію і експеримент (INCITE).
Команда дослідників варіювала температуру поверхні і швидкість обертання, використовуючи їх як показники для різних темпів аккреції - або швидкості збільшення маси зірки в міру того, як вона накопичує додаткову речовину від сусідньої зірки.
Еліс Харпол, доктор наук з Університету Стоуні-Брук і провідний автор статті, припустила, що команда змоделювала більш гарячу кору, що призвело до несподіваних результатів.
«Одним з найбільш захоплюючих результатів цього проекту стало те, що ми побачили, коли змінили температуру кори в наших моделюваннях», - сказала Еліс Харпол. "У нашій попередній роботі ми використовували більш холодну кору. Я подумала, що може мати значення використання більш гарячої кори, але насправді було дуже цікаво побачити різницю, викликану підвищенням температури ".
Вчені кажуть, що майбутнє 3D-моделювання, яке вони планують запустити, вимагатиме не тільки графічних процесорів - воно відніме майже весь час INCITE протягом усього року.
"Нам потрібно домогтися максимальної продуктивності, наскільки це можливо, - сказав Майкл Зінгейл. «На щастя, ми дізналися з цих 2D-симуляцій, що нам потрібно робити для нашого 3D-моделювання, тому ми готові до наступного великого підприємства».
Результати роботи були опубліковані в Astrophysical Journal.