Межзвездная тайна разгадана с помощью суперкомпьютерного моделирования

Астрофизик-теоретик Филип Хопкинс из Калифорнийского технологического института (CalTech) возглавил исследование, которое обнаружило, что звездная активность, такая как взрывы сверхновых или даже просто звездный свет, играет большую роль в образовании других звезд и росте галактик.«Обратная связь от звезд, коллективные эффекты от сверхновых, излучения, нагрева, давления газа и звездных ветров могут регулировать рост галактик и объяснять, почему галактики так мало превратили доступный запас газа, который у них есть, в звезды», — Хопкинс сказал.Моделирование галактик было протестировано на суперкомпьютере Stampede Техасского центра передовых вычислений (TACC), выделенного средой Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE), финансируемого Национальным научным фондом.Первые результаты были опубликованы в сентябре 2014 года в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества.

Работа Хопкинса финансировалась Национальным научным фондом, Фондом Гордона и Бетти Мур и постдокторской стипендией НАСА Эйнштейна.Тайна начинается в межзвездном пространстве, огромном пространстве между звездами. Здесь обитают огромные облака молекул, в основном водорода, массой в тысячи или даже миллионы Солнц.

Эти молекулярные газовые облака конденсируются и рождают звезды.Что озадачило астрофизиков с 1970-х годов, так это их наблюдения, что только небольшая часть вещества в облаках становится звездой. Однако лучшее компьютерное моделирование предсказало, что почти вся материя облака остынет и превратится в звезду.

«Это действительно то, что мы впервые пытались выяснить и решить, применив реальную физику того, что, как мы знаем, звезды делают с газом вокруг них», — сказал Хопкинс.Многопрофильное сотрудничество, сформированное с членами CalTech, U.C. Беркли, Калифорния.

Сан-Диего, Калифорния. Ирвин, Северо-Западный, и Университет Торонто. Они создали новый набор суперкомпьютерных моделей галактик под названием FIRE или Feedback in Realistic Environments.

Он сосредоточил вычислительную мощность на небольших масштабах, всего несколько световых лет в поперечнике.«Мы начали с моделирования одиночных звезд в маленьких участках галактики, где мы отслеживаем каждый взрыв», — пояснил Хопкинс. «Это позволяет вам построить модель, которую вы можете применить к моделированию целой галактики за раз. А затем вы построите ее в моделирование части Вселенной за раз».

Хопкинс разработал код моделирования локально в кластере в Калифорнийском технологическом институте, но львиную долю вычислений выполнял суперкомпьютер Stampede.«Почти все эти симуляции были запущены на ресурсах XSEDE», — сказал Хопкинс. «В частности, суперкомпьютер Stampede в TACC был рабочей лошадкой для этих симуляций … Stampede был идеальной машиной — он был быстрым, у него были большие узлы с общей памятью с большим количеством процессоров на узел и хорошей памятью на процессор. И это позволяло нам работать это в гораздо более быстром масштабе, чем мы первоначально ожидали.

В сочетании с улучшениями, которые мы внесли в распараллеливание проблемы, мы смогли запустить эту проблему на тысячах процессоров одновременно, что является рекордным показателем для этого типа проблемы. "Сказал Хопкинс.Реализм, достигнутый с помощью моделирования галактик FIRE, удивил Хопкинса.

Прошлая работа с подсеточными моделями взрыва сверхновых и взаимодействия излучения с газом требовала ручной настройки модели после каждого запуска.«Мой настоящий потрясающий момент, — сказал Хопкинс, — был, когда мы добавили физику, которая, как мы думали, отсутствовала в предыдущих моделях, не давая себе кучу ручек, которые можно было бы повернуть. Галактика.

И в ней было только несколько процентов материала, который превратился в звезды, а не весь, как в прошлом ".FIRE в основном моделировал более типичные и маленькие галактики, и Хопкинс хочет развить его успех. «Мы хотим исследовать странные шары, галактики, которые мы видим, которые имеют странные размеры или массу или обладают необычными свойствами иным образом», — сказал Хопкинс.

Хопкинс также хочет моделировать галактики со сверхмассивными черными дырами в центре, как наш Млечный Путь. "В процессе падения, до того, как вещество действительно попадет в ловушку черной дыры и ничто не сможет вырваться наружу, оказывается, что для самых массивных галактик это даже больше энергии, чем выделяется всеми звездами в галактике. Это почти наверняка «Но это на грани, и мы только начинаем думать о моделировании этих гигантских галактик», — сказал Хопкинс.

Портал обо всем