Eksplorasi HPC dari Ledakan Supernova Membantu Fisikawan Mencapai Tonggak Baru

Eksplorasi HPC dari Ledakan Supernova Membantu Fisikawan Mencapai Tonggak Baru


Eksplorasi HPC dari Ledakan Supernova Membantu Fisikawan Mencapai Tonggak Baru

Pemodelan 3D di NERSC membuka pintu baru dalam penelitian kolaboratif

  • Kredit: Adam Burrows, Universitas Princeton

    Struktur ledakan 3D dari model nenek moyang bintang masif yang representatif. Hasil diperoleh dari simulasi yang dilakukan oleh kelompok supernova Princeton. Jepretan diambil sekitar 800 ms setelah inti terpental, sekitar 500 ms ke dalam ledakan.


Fisikawan telah mempelajari pertanyaan tentang bagaimana ledakan supernova terjadi selama lebih dari 60 tahun. Berkat peningkatan kekuatan sumber daya superkomputer seperti yang ada di National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) di Lawrence Berkeley National Laboratory, mereka semakin mendekati sebuah jawaban.

Kebanyakan supernova adalah kematian bintang, ledakan besar menandai akhir dari keberadaan mereka setelah jutaan tahun. Ledakan ini meninggalkan sisa-sisa: bintang neutron, lubang hitam, dan unsur kimia yang baru disintesis ditambahkan ke medium antarbintang. Tapi bagaimana tepatnya bintang kuno meledak setelah jutaan tahun?

Seperti yang baru dirinci dalam artikel ulasan “Teori ledakan supernova inti-runtuh,” yang diterbitkan 6 Januari 2021 di Nature, ketika bintang katai putih lahir dari bintang nenek moyang dan mencapai massa sekitar 1,5 kali massa matahari, ia menjadi tidak stabil secara gravitasi ledakan. Pada momen kuncinya, inti padat bintang itu runtuh dalam waktu kurang dari satu detik. Keruntuhan ini menyebabkan gelombang kejut yang bergerak ke luar yang dikenal sebagai “pantulan”, yang dapat menyebabkan supernova, tetapi tidak; model menunjukkan itu terhenti karena pertambahan sebelum dapat memicu ledakan besar yang merobek bintang itu. Sebaliknya, simulasi menunjukkan bahwa ledakan supernova terutama didorong oleh asimetri bintang nenek moyang, konveksi turbulen yang disebabkan oleh panas dan kerapatan yang ekstrim akibat keruntuhan dan pantulan, dan interaksi sejumlah besar neutrino yang dihasilkan di dalamnya.

“Masalah ini [of explaining supernova explosions] telah ada selama 60 tahun, dan itu sejalan dengan perkembangan dalam fisika dan ketersediaan superkomputer, ”kata Adam Burrows, profesor ilmu astrofisika di Universitas Princeton dan pengguna lama NERSC yang ikut menerbitkan makalah dengan David Vartanyan dari Universitas California , Berkeley. Selama beberapa dekade, para ilmuwan bekerja keras untuk model ledakan supernova yang melelahkan – tetapi kemajuan hanya bergerak secepat komputer dapat menjalankan simulasi mereka.

“Dengan lebih banyak dimensi, semakin kompleks,” kata Burrows. Para ilmuwan awalnya mulai memodelkan ledakan supernova dalam satu dimensi, menambahkan dimensi kedua dan kemudian ketiga ketika daya komputasi dapat menampungnya – meskipun hanya dalam lima hingga sepuluh tahun terakhir lebih dari satu simulasi 3D dimungkinkan per tahun. Sampai saat ini, simulasi membutuhkan waktu berbulan-bulan atau lebih untuk dikembangkan.

Beberapa Simulasi 3D Kompleks

Saat ini, dengan kecepatan dan kekuatan sistem komputasi berkinerja tinggi di fasilitas seperti NERSC, proses pemodelan ini sekarang dapat diselesaikan lebih cepat dan lebih sering, menawarkan kesempatan untuk menjalankan beberapa simulasi 3D yang kompleks setiap tahun.

“NERSC adalah rumah bagi mesin pertama di mana kami bisa mendapatkan 3D [modeling] mengikuti kode yang kami gunakan sekarang, ”kata Burrows. “Kami mengembangkan kode pada sistem Cori NERSC, menggunakan waktu default reguler, dan itu memberikan dasar yang kami butuhkan. Ini sangat cocok dengan apa yang kami lakukan. “

Peningkatan frekuensi ini memungkinkan para ilmuwan untuk mengutak-atik simulasi mereka dan menjelajahi berbagai profil dan perkiraan ledakan – yang hanya akan menjadi lebih berguna ketika para ilmuwan mengejar detail ledakan supernova dan peran entropi, atau kekacauan, dalam konveksi turbulen yang menyebabkan ledakan tersebut. .

“Yang Anda inginkan adalah bisa membuat banyak kesalahan, dengan cepat,” kata Burrows. Selain itu, kapasitas untuk lebih banyak simulasi memungkinkan tim yang berbeda untuk tumpang tindih dan mulai membentuk konsensus, menghasilkan gambaran yang lebih jelas tentang mekanisme di balik ledakan supernova.

Karena teknologi dan daya komputasi berkinerja tinggi terus meningkat, para ilmuwan yang mempelajari supernova akan mencoba memperbesar detail ledakan, seperti osilasi neutrino, efek rotasi, dan kemungkinan pengaruh medan magnet – mewujudkan tujuan para ilmuwan selama lebih dari setengahnya. satu abad. “Studi ini adalah upaya internasional, dan dikembangkan dari hasil kerja banyak orang selama beberapa dekade,” kata Burrows. “Kita berada di saat bintang-bintang sejajar.”

NERSC adalah fasilitas pengguna Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi AS.

Diposting Oleh : https://singaporeprize.co/

About the author