Se necesita una supercomputadora para simular correctamente la superficie de una estrella de neutrones

Las estrellas de neutrones, restos de estrellas masivas que explotaron y se convirtieron en supernovas al final de sus vidas, todavía pueden producir llamaradas masivas. Estas asombrosas explosiones de energía liberan rayos X que se propagan por el espacio. Es un proceso complejo de simular, pero los astrónomos recurrieron a una supercomputadora para ayudar. Al modelar campos magnéticos retorcidos y la interacción con gas y polvo, se ha revelado la superficie de estrellas de neutrones en llamas en un impresionante formato 3D.

A lo largo de la vida de las estrellas, la fuerza gravitacional hacia adentro se equilibra con la fuerza termonuclear que empuja hacia afuera. Estrellas como nuestro Sol experimentarán la fuerza termonuclear que supera la fuerza de gravedad. La fuerza gravitacional supera a la fuerza termonuclear en las estrellas más masivas cuando el núcleo de la estrella colapsa, lo que provoca un rebote y una explosión de supernova. El resultado es un núcleo ultradenso donde la distancia entre protones y neutrones se elimina durante el colapso. El resultado es un neutrón muy grande, de unos pocos kilómetros de diámetro.

Imagen compuesta del remanente de supernova 1181. Hay una nebulosa esférica brillante en el centro rodeada por un campo de estrellas punteadas de color blanco. Dentro de la nebulosa, varios rayos apuntan como fuegos artificiales desde una estrella central. G. Ferrand y J. English (Universidad de Manitoba), NASA/Chandra/WISE, ESA/XMM, MDM/R.Fessen (Dartmouth College), Pan-STARRS

Es muy posible que las estrellas de neutrones tengan una estrella compañera y, a medida que las estrellas giran, la estrella de neutrones elimina material de su compañera. La materia se acumulará en la estrella de neutrones, comprimiéndose bajo la fuerza de la gravedad, provocando una explosión termonuclear y la liberación de rayos X. Comprender la liberación de rayos X y cómo se propagan a través de la superficie de una estrella de neutrones puede decirnos mucho sobre la estrella de neutrones y su composición.

Un equipo de astrofísicos de la Universidad Estatal de Nueva York y la Universidad de California está intentando simular explosiones de rayos X en modelos 2D y 3D. Uno de los desafíos para lograr esto es la enorme cantidad de potencia informática necesaria para realizar la tarea. Para superar este problema, el equipo utilizó la supercomputadora del Oak Ridge Leadership Computing Facility para analizar y comparar los modelos.

La supercomputadora Summit es muy adecuada para esta tarea. Al combinar una CPU de alto rendimiento y una GPU acelerada, el equipo pudo ejecutar las simulaciones. Al delegar la tarea de ejecutar simulaciones a la GPU, la CPU queda liberada para comparar modelos. Los investigadores pudieron limitar el tamaño de la fuente para poder calcular el radio de la estrella de neutrones. Una estrella de neutrones suele tener aproximadamente el doble de la masa del Sol, aunque suele tener hasta 12 kilómetros de diámetro. El estudio de las llamaradas significa que se puede inferir la masa y el radio de una estrella de neutrones debido a la forma en que se comporta la materia en condiciones extremas.

Los modelos 3D creados reciben notificaciones de los modelos 2D anteriores. Utilizando modelos bajo diferentes temperaturas de la superficie estelar y velocidades de rotación, se exploró la propagación de las llamas. El estudio 2D mostró que diferentes condiciones físicas conducían a diferentes velocidades de propagación de la llama. Las simulaciones en 3D observaron la evolución de la llamarada en la superficie de una estrella de neutrones con una temperatura superficial millones de veces más alta que la del Sol y una velocidad de rotación de 1.000 Hz, o 1.000 ciclos por segundo. En estas simulaciones, la llama no permanece circular y la ceniza resultante se utilizó para ver qué tan rápido avanzaba el proceso de combustión.

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Los resultados mostraron que grabar el modelo 2D fue ligeramente más rápido que el modelo 3D, pero ambos eran similares. Si se requieren interacciones más complejas, como la turbulencia, se necesitará un modelo 3D. Se avecinan tiempos emocionantes mientras continúan esforzándose por poder modelar toda la llama extendida por toda la estrella.

fuente : Los científicos utilizan la supercomputadora Summit para explorar extraños fenómenos estelares

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