科學(xué)家在超級(jí)計(jì)算機(jī)內(nèi)部點(diǎn)燃了熱核爆炸

計(jì)算機(jī)模擬讓我們對(duì)食人中子星的騷亂行為有了新的認(rèn)識(shí)。

當(dāng)一個(gè)中子星從親密的雙星伴星中吸取物質(zhì)，積累的物質(zhì)的不穩(wěn)定熱核燃燒會(huì)產(chǎn)生瘋狂的爆炸，使X輻射在整個(gè)宇宙中爆發(fā)。

這些強(qiáng)大的噴發(fā)究竟是如何演變并擴(kuò)散到中子星表面的，這是一個(gè)謎。但是，通過(guò)嘗試使用模擬來(lái)復(fù)制觀察到的X射線耀斑，科學(xué)家們正在更多地了解它們的來(lái)龍去脈，以及產(chǎn)生它們的超致密中子星。

“我們可以通過(guò)模擬更詳細(xì)地看到這些事件的發(fā)生，”計(jì)算天體物理學(xué)家Michael Zingale說(shuō)紐約州立大學(xué)石溪分校。

“我們想做的一件事是了解中子星的性質(zhì)，因?yàn)槲覀兿肓私馕镔|(zhì)在中子星中發(fā)現(xiàn)的極端密度下的行為。

中子星是宇宙中密度最大的物體之一。它們是一顆大質(zhì)量恒星度過(guò)它的生命、耗盡燃料和在超新星中爆炸.

然而，當(dāng)外部物質(zhì)爆炸到太空中時(shí)，恒星的核心在重力作用下坍縮，形成一個(gè)直徑約20公里（12英里）的超致密球，將盡可能多的質(zhì)量打包到這個(gè)小球體中高達(dá) 2.3 個(gè)太陽(yáng)左右。

被壓扁的物質(zhì)如此密集是預(yù)計(jì)會(huì)一個(gè)有點(diǎn)古怪自委婉地說(shuō).但科學(xué)家可以研究它們的熱核爆發(fā)，以限制它們的大小，這反過(guò)來(lái)又可以幫助模擬它們的內(nèi)部。

由于多種原因（距離、危險(xiǎn)等），我們無(wú)法完全舒適地靠近中子星來(lái)更仔細(xì)地觀察它們，但我們可以收集有關(guān)中子星X射線爆發(fā)的所有信息，并嘗試將其結(jié)果與觀測(cè)數(shù)據(jù)相匹配的模擬放在一起。

這聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單，但中子星的物理學(xué)真的很復(fù)雜;模擬它們的行為需要大量的計(jì)算能力。

在以前的工作中，研究人員使用了巔峰超級(jí)計(jì)算機(jī)在橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室模擬二維熱核火焰?，F(xiàn)在，他們已經(jīng)在這項(xiàng)工作的基礎(chǔ)上，將他們的模擬擴(kuò)展到了第三個(gè)維度。

“最大的目標(biāo)始終是將這些事件的模擬與我們觀察到的情況聯(lián)系起來(lái)，”Zingale解釋道.“我們的目標(biāo)是了解底層恒星的樣子，探索這些模型在各個(gè)維度上可以做什么至關(guān)重要。

模型3D中子星的溫度比太陽(yáng)高幾百萬(wàn)倍，自旋速度為每秒1000轉(zhuǎn)，這與理論上非常接近上限中子星自旋速度。然后，他們模擬了熱核火焰的早期演化。

盡管 2D 模擬中的火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷钥煊?3D 版本，但兩個(gè)模型的增長(zhǎng)趨勢(shì)非常相似。該協(xié)議意味著 2D 模擬仍然是研究這些繁忙爆炸的好工具，但仍有一些事情無(wú)法做到。

例如，湍流在二維和三維中表現(xiàn)不同;但是，能夠?qū)?D SIM卡用于它可以做的部分將釋放計(jì)算能力用于其他事情，例如提高刻錄的保真度。

有了這些信息，就可以進(jìn)行模擬，以提供關(guān)于中子星如何發(fā)脾氣的真正見(jiàn)解。

“我們即將模擬火焰從一極到另一極蔓延到整個(gè)恒星，”Zingale 說(shuō).“這太令人興奮了。”

該研究已發(fā)表在天體物理學(xué)雜志.

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