Bir neytron ulduzun səthində termonüvə alovunun necə yayıldığını və bu yayılmanın bizə neytron ulduzun kütləsi və radiusu arasındakı əlaqə haqqında nə deyə biləcəyini başa düşmək də ulduzun tərkibi haqqında çox şey aşkar edə bilər.

Neytron ulduzları – fövqəlnova partlayışlarının yığcam qalıqları – bütün kainatda rast gəlinir. Ulduzların çoxu ikili sistemlərdə olduğundan, neytron ulduzun ulduz yoldaşının olması mümkündür. X-şüaları partlamaları o zaman baş verir ki, maddə onun yoldaşından neytron ulduzun səthində toplanır və neytron ulduzun güclü cazibə qüvvəsi ilə sıxılır və nəticədə termonüvə partlayışı baş verir.

Nyu-York Dövlət Universitetinin, Stony Bruk və Kaliforniya Universitetinin astrofizikləri, 2D və 3D-də rentgen partlayışlarının modellərini müqayisə etmək üçün Oak Ridge Leadership Computing Facility-nin Summit superkompüterindən istifadə etdilər. OLCF, DOE-nin Oak Ridge Milli Laboratoriyasında yerləşən Elm istifadəçi obyektinin Enerji Ofisidir.

Summit-in qrafik emal bölmələri və ya GPU-ları ilə sürətləndirilmiş yüksək performanslı hesablama gücü komandanın 3D simulyasiyalarını yerinə yetirmək qabiliyyətində mühüm amil idi. Bütün hesablama işləri GPU-lara yükləndi. Bu, komandaya simulyasiyaları qovşaqdakı bütün mərkəzi prosessor və ya CPU nüvələrindən istifadə etməklə müqayisədə Summit hesablama qovşağındakı bütün GPU-lardan istifadə etməklə daha sürətli işləməyə imkan verdi . (Summitdə 4608 qovşaq var, onların hər birində iki IBM POWER9 CPU və altı NVIDIA Volta GPU var.)

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=780081655&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&fwrn=4&lmt=1711991959&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-03-thermonuclear-flames-astrophysicists-supercomputer-explore.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTAuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTIzLjAuNjMxMi44NiIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTIzLjAuNjMxMi44NiJdLFsiTm90OkEtQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyMy4wLjYzMTIuODYiXV0sMF0.&dt=1711991869449&bpp=1&bdt=697&idt=1067&shv=r20240327&mjsv=m202403250101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D5d346f5e5cc96c83%3AT%3D1711816817%3ART%3D1711991854%3AS%3DALNI_MZdbuKX3JkLTYIASzwYTqXQsnfO5g&gpic=UID%3D00000d8601a1b778%3AT%3D1711816817%3ART%3D1711991854%3AS%3DALNI_MaQelh7liNnsBkMosJkThXBNbKuJw&eo_id_str=ID%3D3c61c6284063652a%3AT%3D1711816817%3ART%3D1711991854%3AS%3DAA-AfjZTZ5YTcMfFebI4RXZlGycf&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=3456593158386&frm=20&pv=1&ga_vid=1802142616.1711809852&ga_sid=1711991871&ga_hid=761538503&ga_fc=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=900&u_w=1440&u_ah=860&u_aw=1440&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=347&ady=1899&biw=1423&bih=739&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759875%2C44759926%2C44759837%2C31082032%2C31082198%2C44798934%2C31082215%2C95320377%2C95321867%2C95328825%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&pvsid=1899072296821117&tmod=371568581&uas=0&nvt=3&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fweekly-news%2Fpage2.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1440%2C0%2C1440%2C860%2C1440%2C739&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV80IiwxXQ..&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=90202

“Bir simulyasiya ilə bu hadisələrin daha incə detallarla baş verdiyini görə bilərik. Etmək istədiyimiz şeylərdən biri neytron ulduzunun xüsusiyyətlərini anlamaqdır, çünki biz bir neytron ulduzunda tapa biləcəyiniz həddindən artıq sıxlıqlarda maddənin necə davrandığını anlamaq istəyirik. “Layihəyə rəhbərlik edən və SUNY Stony Brook-un Fizika və Astronomiya kafedrasının professoru olan Michael Zingale dedi.

Tədqiqatçılar termonüvə alovlarının kompüter modellərini müşahidə olunan rentgen şüalanması ilə müqayisə edərək neytron ulduzun radiusunu hesablamaq üçün mənbənin ölçüsünə məhdudiyyətlər qoya bilərlər.

Neytron ulduzlarının diametri cəmi 12 mil olmasına baxmayaraq, günəşin kütləsindən təxminən 1,4-2 dəfə böyükdür. Kütlə və radiuslar ekstremal şəraitdə maddənin necə davrandığına əsaslanaraq neytron ulduzlarının interyerini başa düşmək üçün vacib amillərdir . Bu davranış ulduzun “dövlət tənliyi” ilə müəyyən edilir ki, bu da neytron ulduzun sıxlığı, temperaturu və tərkibindəki dəyişikliklərə onun təzyiqinin və daxili enerjisinin necə reaksiya verdiyinin təsviridir.

Tədqiqat, komandanın neytron ulduzun səthi boyunca hərəkət edən rentgen şüaları alovunu modelləşdirmək üçün yerinə yetirdiyi əvvəlki 2D simulyasiyasından əldə edilən fikirlərə əsaslanan 3D simulyasiya yaratdı. 2D tədqiqatı səthin temperaturu və fırlanma sürəti kimi müxtəlif şərtlər altında alovun yayılmasına yönəldi. 2D simulyasiyası göstərdi ki, müxtəlif fiziki şərait müxtəlif alov yayılma sürətlərinə səbəb olub.

Bu nəticələri genişləndirərək, 3D simulyasiya Sammitdə Kastro kodundan və onun əsas exascale AMReX kitabxanasından istifadə etdi. AMReX kitabxanası OLCF-nin HPE Cray EX superkompüteri Frontier də daxil olmaqla, DOE-nin exascale sistemlərində elmi proqramların işləməsinə kömək etmək üçün Exascale Computing Project tərəfindən hazırlanmışdır. Simulyasiya nəticələri The Astrophysical Journal -da dərc edilib .

“Böyük məqsəd həmişə bu hadisələrin simulyasiyalarını müşahidə etdiklərimizlə əlaqələndirməkdir” dedi Zingale. “Biz əsas ulduzun nəyə bənzədiyini anlamağa çalışırıq və bu modellərin ölçülər arasında nə edə biləcəyini araşdırmaq həyati əhəmiyyət kəsb edir.”

Komandanın 3D simulyasiyası alovun erkən təkamülünə diqqət yetirdi və fırlanma sürəti 1000 herts olan neytron ulduz qabığının temperaturundan günəşdən bir neçə milyon dəfə daha isti istifadə etdi. 3D alov neytron ulduzun ətrafında yayıldığı üçün mükəmməl dairəvi qalmır, buna görə də komanda 2D alovun yanması ilə müqayisədə yanmanın nə qədər sürətlə baş verdiyini müəyyən etmək üçün alovun yaratdığı kül materialının kütləsindən istifadə edib.

2D modelində yanma bir az daha sürətli olsa da, hər iki simulyasiyada böyümə meylləri oxşar idi. Modellər arasındakı razılaşma onu göstərdi ki, 2D simulyasiya neytron ulduzun səthində yayılan alovun modelləşdirilməsi üçün yaxşı bir vasitə olaraq qalır.

Bununla belə, daha mürəkkəb qarşılıqlı təsirləri, məsələn, ulduzun yığılmış maddə qatında konvektiv yanması nəticəsində yaranan alovun yayıldığı zaman qarşılaşacağı turbulentliyi tutmaq üçün 3D simulyasiyalar tələb olunacaq. Turbulentlik 2D və 3D-də əsaslı şəkildə fərqlidir.

Bundan əlavə, komanda nüvə yanmasının fiziki sədaqətini artıraraq və simulyasiya etdikləri ulduzun bölgəsini genişləndirərək, daha da realizm əlavə edərək, təkamülün böyük hissəsini 2D-də izləyə bilməkdən əldə etdikləri “qənaətləri” tətbiq edə bilər.

Bu astrofizik sistemləri öyrənmək üçün başqa qurğular istifadə olunur, lakin problemin digər hissələrini həll edir. Miçiqan Dövlət Universitetində Nadir İzotop Şüaları və ya FRIB Mexanizmi dünyanın ən güclü ağır ion sürətləndiricisini işə salıb. FRIB rentgen şüalarının partlaması nəticəsində yaranan protonla zəngin nüvələri tədqiq edəcək və Zingale komandası bu məlumatlardan öz simulyasiyalarını təkmilləşdirmək üçün istifadə edə biləcək.

“Biz qütbdən dirəyə bütün ulduza yayılan alovun modelləşdirilməsinə yaxınıq . Bu, həyəcan vericidir”, – Zinqale deyib.

Daha çox məlumat: Michael Zingale və başqaları, İki və Üç Ölçüdə X-şüaları partlamalarında alovların erkən təkamülünün müqayisəsi, Astrofizika jurnalı (2023). DOI: 10.3847/1538-4357/ace04e

Jurnal məlumatı: Astrophysical Journal 

Oak Ridge Milli Laboratoriyası tərəfindən təmin edilmişdir