Crédit d'image: Université de Chicago
Des scientifiques universitaires se préparent à exécuter la simulation de supercalculateur la plus avancée jamais réalisée.
Tomasz Plewa, associé de recherche principal au Center for Astrophysical Thermonuclear Flashes et Astronomy & Astrophysics, s'attend à ce que la simulation révèle la mécanique des étoiles qui explosent, appelées supernovae, avec des détails sans précédent.
La simulation est rendue possible par l'allocation spéciale du département américain de l'Énergie de 2,7 millions d'heures de supercalcul extraordinaire au Flash Center, qui utilise généralement moins de 500000 heures de supercalculateur par an.
"C'est au-delà de l'imagination," a déclaré Plewa, qui a soumis la proposition du Flash Center au nom d'une équipe de recherche du University and Argonne National Laboratory.
Le projet Flash Center était l'un des trois sélectionnés pour recevoir des allocations de temps de supercalculateur dans le cadre d'un nouveau programme concurrentiel annoncé en juillet dernier par le secrétaire à l'Énergie Spencer Abraham.
Les deux autres propositions gagnantes provenaient du Georgia Institute of Technology, qui a reçu 1,2 million d'heures de traitement, et du Lawrence Berkeley National Laboratory du DOE, qui a reçu un million d'heures de traitement.
Le temps du supercalculateur aidera le Flash Center à simuler plus précisément l'explosion d'une étoile naine blanche, celle qui a brûlé la plupart ou la totalité de son combustible nucléaire. Ces supernovae brillent si brillamment que les astronomes les utilisent pour mesurer la distance dans l'univers. Néanmoins, de nombreux détails sur ce qui se passe lors d'une supernova restent inconnus.
La simulation d'une supernova demande beaucoup de calculs car elle implique de vastes échelles de temps et d'espace. Les étoiles naines blanches accumulent gravitationnellement la matière d'une étoile compagnon pendant des millions d'années, mais s'enflamment en moins d'une seconde. Les simulations doivent également tenir compte des processus physiques qui se produisent à une échelle allant de quelques centièmes de pouce à toute la surface de l'étoile, dont la taille est comparable à celle de la Terre.
Des problèmes informatiques similaires contrarient le programme de gestion et de gestion des stocks d'armes nucléaires du DOE. Dans le sillage du Traité d'interdiction complète des essais nucléaires, que le président Clinton a signé en 1996, la fiabilité de l'arsenal nucléaire du pays doit désormais être testée via des simulations informatiques plutôt que sur le terrain.
"Les questions sont finalement comment vieillit l'arsenal nucléaire avec le temps, et votre code prédit-il correctement le processus de vieillissement?" Dit Plewa.
Les scientifiques de Flash Center vérifient la précision de leur code de supernovae en comparant les résultats de leurs simulations à des expériences de laboratoire et à des observations télescopiques. Les observations spectrales des supernovae, par exemple, fournissent une sorte de code à barres qui révèle quels éléments chimiques sont produits dans les explosions. Ces observations sont actuellement en conflit avec les simulations.
«Vous souhaitez concilier les simulations actuelles avec les observations concernant la composition chimique et la production des éléments,» Dit Plewa.
Les scientifiques souhaitent également voir plus clairement la séquence d'événements qui se produit immédiatement avant qu'une étoile ne devienne supernovae. Il semble qu'une supernova commence au cœur d'une étoile naine blanche et se développe vers la surface comme un ballon gonflable.
Selon une théorie, le front de flamme se dilate initialement à un rythme relativement «lent». vitesse subsonique de 60 miles par seconde. Puis, à un moment inconnu, le front de flamme explose et accélère à des vitesses supersoniques. Dans le matériau ultra-dense d'une naine blanche, les vitesses supersoniques dépassent 3100 miles par seconde.
Autre possibilité: l'onde subsonique initiale pétille lorsqu'elle atteint la partie extérieure de l'étoile, entraînant l'effondrement de la naine blanche, le mélange de combustible nucléaire non brûlé puis la détonation.
"Ce sera très agréable si dans les simulations nous pouvions observer cette transition vers la détonation" Dit Plewa.
Les scientifiques de Flash Center sont déjà sur le point de recréer ce moment dans leurs simulations. Le temps informatique supplémentaire du DOE devrait les faire dépasser le seuil.
Le centre augmentera la résolution de ses simulations à un kilomètre (six dixièmes de mile) pour une simulation d'étoile entière. Auparavant, le centre pouvait atteindre une résolution de cinq kilomètres (3,1 miles) pour une simulation d'étoile entière, ou de 2,5 kilomètres (1,5 mile) pour une simulation ne couvrant qu'un huitième d'une étoile.
Ces dernières simulations ne parviennent pas à capturer les perturbations qui peuvent se produire dans d'autres sections de l'étoile, a déclaré Plewa. Mais elles pourraient bientôt devenir des reliques scientifiques.
«J'espère que d'ici l'été, nous aurons toutes les simulations effectuées et nous passerons à l'analyse des données». il a dit.
Source d'origine: communiqué de presse de l'Université de Chicago
