Simulations 3D de sursauts de rayons X à la surface d’étoiles à neutrons

Des astrophysiciens de l’Université d’État de New York, de Stony Brook, et de l’Université de Californie à Berkeley ont créé des simulations 3D de sursauts de rayons X à la surface d’étoiles à neutrons. Deux vues de ces sursauts de rayons X sont présentées : la colonne de gauche est vue du dessus tandis que la colonne de droite le montre sous un angle peu profond au-dessus de la surface. Les panneaux (de haut en bas) montrent la structure du sursaut de rayons X à 10, 20 et 40 millisecondes de temps de simulation. Crédit : Michael Zingale, Département de physique et d’astronomie de SUNY Stony Brook

L’univers regorge d’étoiles à neutrons, qui sont les restes compacts des explosions de supernova. Puisque la majorité des étoiles se trouvent dans des systèmes binaires, une étoile à neutrons peut avoir un partenaire stellaire. Lorsque la matière provenant du partenaire de l’étoile à neutrons s’accumule à la surface et est écrasée par la forte gravité de l’étoile, une explosion thermonucléaire, connue sous le nom de sursaut de rayons X, se produit.

À l’aide du supercalculateur Summit du Oak Ridge Leadership Computing Facility, des astronomes de l’Université d’État de New York à Stony Brook et de l’Université de Californie à Berkeley ont créé des simulations 3D de sursauts de rayons X sur la surface d’étoiles à neutrons et ont comparé des modèles 2D et 3D. de sursauts de rayons X.

La capacité de l’équipe à réaliser les simulations 3D a été grandement facilitée par la capacité de calcul haute performance de Summit, encore renforcée par ses GPU. Les GPU ont pris en charge toute la charge de traitement. L’utilisation de tous les GPU sur un nœud de calcul Summit a permis aux chercheurs d’exécuter les simulations plus rapidement que tous les cœurs CPU du nœud.

Michael Zingale, qui a dirigé le projet et est professeur au département de physique et d’astronomie de SUNY Stony Brook, a déclaré : « Nous pouvons voir ces événements se produire plus en détail grâce à une simulation. Nous voulons comprendre les propriétés de l’étoile à neutrons parce que nous voulons comprendre comment la matière se comporte aux densités extrêmes que l’on trouverait dans une étoile à neutrons.

La comparaison entre les modèles peut aider les chercheurs à calculer le rayon de l’étoile à neutrons en limitant la taille de la source.

La simulation 2D précédente de l’équipe, qui modélisait une flamme d’éclatement de rayons X se déplaçant à travers la surface de l’étoile à neutrons, a fourni des informations sur lesquelles la simulation 3D a été construite. L’objectif de l’enquête 2D était de savoir comment la flamme se propageait dans diverses circonstances, notamment la température de la surface et la vitesse de rotation. Les résultats de la simulation 2D ont montré que des circonstances physiques variables entraînaient des vitesses variables de propagation des flammes.

La simulation 3D sur Summit a étendu ces résultats en utilisant le code Castro et sa bibliothèque exascale AMReX sous-jacente.

Pour simuler l’évolution précoce de la flamme, les chercheurs ont utilisé un modèle 3D avec une vitesse de rotation de 1 000 hertz et une température de la croûte d’une étoile à neutrons plusieurs millions de fois plus élevée que celle du soleil. Les chercheurs ont utilisé la masse de cendres créée par la flamme pour calculer la rapidité avec laquelle la flamme 3D brûlait par rapport à la flamme 2D, car la flamme 3D ne reste pas complètement circulaire lorsqu’elle se déplace autour de l’étoile à neutrons.

Les schémas de croissance dans les deux simulations étaient identiques malgré la combustion du modèle 2D légèrement plus rapide. L’accord des modèles suggère que la simulation 2D reste une technique précieuse pour simuler la propagation d’une flamme à la surface d’une étoile à neutrons.

Mais des interactions plus complexes, telles que les turbulences que la flamme rencontrera au cours de son voyage en raison de la combustion convective de l’étoile dans la couche de matière accrétée, nécessiteront des simulations 3D. En 2D et en 3D, la turbulence diffère fondamentalement. De plus, en élargissant la région de l’étoile, ils simulent et améliorent l’authenticité physique de la combustion nucléaire. Les chercheurs peuvent ajouter encore plus de réalisme en appliquant les « économies » qu’ils réalisent en étant capables de suivre une grande partie de l’évolution en 2D.

Ils sont au-delà dit, « Nous sommes sur le point de modéliser la flamme qui se propage à travers l’étoile entière, d’un pôle à l’autre. C’est exitant.”

Référence du journal :

2024-03-27 10:16:58
1711529400


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