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Os investigadores da Universidade de Princeton estão a utilizar supercomputadores avançados para simular e compreender melhor as supernovas, com modelos tridimensionais que oferecem uma precisão sem precedentes.
Usando supercomputadores, os cientistas estão aprimorando o precisão de simulações de supernovas, passando de modelos unidimensionais para modelos tridimensionais detalhados.
Supernovas – estrelas massivas em explosão – são alguns dos fenômenos mais espetaculares do universo. Eles também são espetacularmente complexos. Para entender o que os causa, pesquisadores da Universidade de Princeton estão simulando essas explosões em supercomputadores nas instalações de usuários do Argonne Leadership Computing Facility do Departamento de Energia. Esta pesquisa também nos dá uma ideia de como essas explosões criaram muitos dos elementos do nosso universo.
O objetivo e os desafios da pesquisa
O objetivo principal destes investigadores é descodificar os processos que se desenrolam dentro destas estrelas. Este conhecimento lhes permitirá prever quais estrelas irão explodir. Também os ajudará a saber quais produzirão estrelas de nêutrons e buracos negros. Esses processos envolvem uma série de tópicos complicados, incluindo física de neutrinos e física nuclear.
Esta visualização mostra os resultados de uma simulação 3D de última geração da explosão de uma supernova e do nascimento de uma estrela de nêutrons. É raro o caso em que a evolução estelar completa de tal objeto, incluindo a física da convecção e da radiação, tenha sido simulada em 3D. A imagem mostra o núcleo profundo que está encolhendo após a explosão devido ao resfriamento e à deleptonização dos neutrinos, a caminho de se tornar uma estrela de nêutrons fria e compacta. Crédito: Equipe de Visualização e Análise de Dados ALCF; Adam Burrows e o Grupo de Teoria de Supernovas de Princeton, Universidade de Princeton
Os cientistas estudam este tema há 60 anos, mas os computadores não conseguiam fornecer simulações precisas. Os modelos anteriores só podiam simular explosões em uma dimensão. As explosões desses modelos não refletiram como aconteceram na vida real. Claramente, algo estava faltando. Os cientistas descobriram que as simulações unidimensionais não incluíam as estruturas interiores das estrelas. Eles também não perceberam as instabilidades nessas estruturas. As estruturas e instabilidades mudam dependendo de como as estrelas evoluem, de sua rotação e dos elementos pesados nelas contidos.
O poder das simulações tridimensionais
Para colmatar esta lacuna de conhecimento, os cientistas perceberam que precisavam de modelar as supernovas em três dimensões no espaço. Eles também precisavam incluir como a explosão mudou ao longo do tempo e mudou de impulso. Mesmo para modelar apenas meio segundo antes da explosão, a simulação ainda era extremamente complicada. Passar de uma dimensão para três dimensões aumentou a complexidade por um fator de 10.000!
Para acessar esse tipo de poder computacional, os pesquisadores recorreram ao DOE Office of Science. Eles receberam tempo nos supercomputadores do ALCF para executar seus modelos.
Com a atual simulação 3D, as supernovas modelo estão agora a comportar-se da mesma forma que as supernovas se comportam na natureza. O modelo está mais perto do que nunca de descrever e prever o que acontece nestas explosões. Os cientistas também estão trabalhando para ampliar a duração de suas simulações. O objetivo deles é cobrir quatro a cinco segundos antes do evento.
Conclusão
À medida que os cientistas melhoram as suas simulações com a ajuda dos supercomputadores do DOE, terão uma melhor compreensão do que acontece nos momentos finais destas estrelas.