Gwiazdy neutronowe, pozostałości po masowych gwiazdach, które implodowały i wybuchły supernową, wciąż potrafią generować ogromne flary. Te niesamowite rozbłyski energii uwalniają promienie X, które przemierzają przestrzeń kosmiczną. Symulowanie tego procesu jest skomplikowane, ale astronomowie zwrócili się o pomoc do superkomputera. Modelowanie skomplikowanych pól magnetycznych, interakcji z gazem i pyłem pozwoliło ujawnić powierzchnię gwiazd neutronowych w niesamowitym 3D.
Przez całe życie gwiazdy siła grawitacji jest zrównoważona przez siłę termojądrową. Gwiazdy podobne do Słońca doświadczają przezwyciężenia siły grawitacji przez siłę termojądrową. W przypadku większych gwiazd, gdy jądro gwiazdy zapada się, prowadzi to do eksplozji supernowej i powstania supergęstej rdzeni, gdzie przestrzeń między protonami a neutronami zostaje zlikwidowana. Efektem jest ogromny neutron o średnicy kilku kilometrów.
Gwiazdy neutronowe mogą posiadać towarzyszącą gwiazdę i, podczas gdy gwiazdy orbitują wokół siebie, gwiazda neutronowa zdejmuje materię ze swojej towarzyszki. Materia ta gromadzi się na gwiaździe neutronowej, stając się skompresowana pod wpływem siły grawitacji, co prowadzi do termojądrowej eksplozji i uwolnienia promieni X. Zrozumienie tego procesu uwolnienia promieni X i sposobu ich rozprzestrzeniania na powierzchni gwiazdy neutronowej może wiele nam powiedzieć o samej gwiaździe neutronowej i jej składzie.
Zespół astrofizyków z Uniwersytetu Stanowego Nowego Jorku i Uniwersytetu Kalifornijskiego podjął się symulacji rozbłysków promieni X w modelach 2D i 3D. Jednym z wyzwań w osiągnięciu tego celu jest ogromna moc obliczeniowa wymagana do wykonania zadania. Aby przezwyciężyć to wyzwanie, zespół wykorzystał superkomputer Summit Oak Ridge Leadership Computing Facility do analizy i porównania modeli.
Superkomputer Summit jest dobrze przystosowany do tego zadania. Połączenie wysokowydajnego procesora CPU i przyspieszonej jednostki przetwarzania grafiki pozwoliło zespołowi uruchomić symulacje. Dzięki delegowaniu zadania uruchamiania symulacji na jednostkę przetwarzania grafiki, centralna jednostka przetwarzania została uwolniona do porównywania modeli. Badacze byli w stanie ograniczyć rozmiar źródła, co pozwoliło im obliczyć promień gwiazdy neutronowej. Zazwyczaj gwiazda neutronowa ma masę do 2 razy większą niż masa Słońca, mimo że zwykle ma do 12 km średnicy. Badanie rozbłysków pozwala na dedukcję masy i promienia gwiazdy neutronowej ze względu na sposób, w jaki materia zachowuje się w ekstremalnych warunkach.
Generowane modele w 3D były oparte na wcześniejszych modelach 2D. Używając modeli przy różnych temperaturach powierzchni gwiazdy i szybkości obrotu, badano propagację płomieni. Badanie w 2D pokazało, że różne warunki fizyczne prowadzą do różnych tempa rozprzestrzeniania się płomienia. Symulacje 3D przyjrzały się ewolucji rozbłysku na powierzchni gwiazdy neutronowej o temperaturze powierzchni kilka milionów razy większej niż Słońce i szybkości obrotu 1000 herców, czyli 1000 obrotów na sekundę. W tych symulacjach płomień nie pozostaje okrągły, a powstały popiół został wykorzystany do nauki o tym, jak szybko postępuje spalanie.
Wyniki ujawniły, że spalanie w modelu 2D było nieco szybsze niż w modelu 3D, ale oba były podobne. Jeśli wymagane są bardziej złożone interakcje, takie jak turbulencje, wtedy potrzebny będzie model 3D. Przed zespołem stoi ekscytujące wyzwanie modelowania całkowitego rozprzestrzeniania się płomienia na całej gwiazdzie.
Źródło: Universe Today
