科學家在超級計算機內部點燃了熱核爆炸

計算機模擬讓我們對食人中子星的騷亂行為有了新的認識。

當一個中子星從親密的雙星伴星中吸取物質，積累的物質的不穩定熱核燃燒會產生瘋狂的爆炸，使X輻射在整個宇宙中爆發。

這些強大的噴發究竟是如何演變并擴散到中子星表面的，這是一個謎。但是，通過嘗試使用模擬來復制觀察到的X射線耀斑，科學家們正在更多地了解它們的來龍去脈，以及產生它們的超致密中子星。

“我們可以通過模擬更詳細地看到這些事件的發生，”計算天體物理學家Michael Zingale說紐約州立大學石溪分校。

“我們想做的一件事是了解中子星的性質，因為我們想了解物質在中子星中發現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。它們是一顆大質量恒星度過它的生命、耗盡燃料和在超新星中爆炸.

然而，當外部物質爆炸到太空中時，恒星的核心在重力作用下坍縮，形成一個直徑約20公里（12英里）的超致密球，將盡可能多的質量打包到這個小球體中高達 2.3 個太陽左右。

被壓扁的物質如此密集是預計會一個有點古怪自委婉地說.但科學家可以研究它們的熱核爆發，以限制它們的大小，這反過來又可以幫助模擬它們的內部。

由于多種原因（距離、危險等），我們無法完全舒適地靠近中子星來更仔細地觀察它們，但我們可以收集有關中子星X射線爆發的所有信息，并嘗試將其結果與觀測數據相匹配的模擬放在一起。

這聽起來很簡單，但中子星的物理學真的很復雜;模擬它們的行為需要大量的計算能力。

在以前的工作中，研究人員使用了巔峰超級計算機在橡樹嶺國家實驗室模擬二維熱核火焰。現在，他們已經在這項工作的基礎上，將他們的模擬擴展到了第三個維度。

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

模型3D中子星的溫度比太陽高幾百萬倍，自旋速度為每秒1000轉，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 模擬中的火焰傳播速度略快于 3D 版本，但兩個模型的增長趨勢非常相似。該協議意味著 2D 模擬仍然是研究這些繁忙爆炸的好工具，但仍有一些事情無法做到。

例如，湍流在二維和三維中表現不同;但是，能夠將2D SIM卡用于它可以做的部分將釋放計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，就可以進行模擬，以提供關于中子星如何發脾氣的真正見解。

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

該研究已發表在天體物理學雜志.

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