Сотрудники лаборатории суперкомпьютерного моделирования Института вычислительной математики и математической геофизики (ИВМиМГ) Сибирского отделерния РАН занимаются моделированием процессов, происходящих во Вселенной: образования космической паутины, пустот, скоплений галактик, создания новых звезд, — сообщает издание СО РАН «Наука в Сибири».
«Мы моделируем Вселенную во всех возможных масштабах: от крупных структур — так называемой космической паутины, вплоть до процессов, происходящих при взрыве сверхновой», — рассказал старший научный сотрудник лаборатории суперкомпьютерного моделирования ИВМиМГ, доктор физико-математических наук Игорь Куликов.
Фактически ученые создают математические модели реальных астрофизических процессов. Работа подразумевает запись уравнений, создание численного метода, суперкомпьютерную реализацию и дальнейшие вычислительные эксперименты с помощью суперЭВМ, показывающие, каким образом развивается тот или иной процесс во Вселенной.
«Для того чтобы узнать, как образовалась Вселенная, нам нужно понять, каким образом появляется отдельная звезда, где еще есть планеты, подобные Земле, на которых потенциально возможно существование жизни. Для этого нужно детальное разрешение, для которого необходимо развитие вычислительной техники еще в течение 60–80 лет», — пояснил ученый.
Ускорить этот процесс и стимулировать российские исследования в области изучения Вселенной может Сибирский национальный центр высокопроизводительных вычислений, обработки и хранения данных — СНЦ ВВОД, создание которого планируется в рамках программы «Академгородок 2.0».
«Благодаря использованию новых мощностей мы сможем значительно, буквально на порядок, увеличить разрешение, то есть фактически перейти от моделирования разрешения Вселенной порядка одной средней галактики до разрешения карликовых галактик или молекулярных облаков. И таким образом посмотреть области, где потенциально могут зарождаться тяжелые элементы, сложные соединения — именно в таких местах может развиваться жизнь», — отмечает Игорь Куликов.
По словам ученых, сложные фундаментальные модели процессов, происходящих во Вселенной, пригодятся и при моделировании процессов ближнего космоса, связанных с Солнцем, планетами Солнечной системы, а также с кометами и метеоритами. «Например, задача взаимодействия галактики и солнечного ветра хоть и формулируется как фундаментальная, но имеет идентичную постановку с точки зрения математической модели с задачами обтекания планет и разрушения болидов в атмосфере», — говорит исследователь.
Игорь Куликов руководит проектом по суперкомпьютерному моделированию сверхновой типа 1а. Сверхновая — это заключительный этап в жизни некоторых звезд; взрыв, самый сильный, какой только можно наблюдать в космосе. При этом звезда резко становится ярче на 4–8 порядков, а потом постепенно гаснет. Во время взрыва сверхновой выделяется колоссальное количество энергии, и вещество из внешней оболочки звезды распространяется на дальние расстояния, а из остатков образуется или нейтронная звезда, или черная дыра.
При взрыве сверхновой разлетаются продукты термоядерного синтеза, происходившего на протяжении существования звезды: все жизненно важные химические элементы тяжелее гелия. Это причина эволюции химических веществ: из остатков сверхновых состоит практически все во Вселенной, включая людей.
Ученые исследуют излучение, которое достигает Земли через много лет после образования сверхновой, остатки от взрыва, а также потенциальные звезды-предшественники. На основании этих данных пишут уравнения и строят компьютерные модели, позволяющие наблюдать и исследовать процессы появления сверхновых в режиме реального времени.
«Сверхновая типа 1а рождается в результате взрыва белого карлика — старой звезды, от которой осталось только ядро. У белого карлика есть определенный предел массы, при котором он может существовать, — предел Чандрасекара, равный примерно 1,44 солнечной массы. Если масса белого карлика становится больше, его ядро начинает сжиматься, температура растет, запускается термоядерная реакция. В итоге — взрыв сверхновой, — говорит Игорь Куликов. — Это происходит в том случае, если у белого карлика есть звезда-компаньон, с которой он может слиться и в результате увеличить свою массу».
Один из сценариев образования сверхновой типа 1а — так называемый сценарий нецентрального взрыва. «Предположительно белый карлик может взорваться до того, как полностью срастется со своим компаньоном. В таком случае взрыв происходит на периферии, и остатки звезды будут распространяться преимущественно в одном направлении», — поясняет ученый. Эту идею высказал главный научный сотрудник Института астрономии РАН, доктор физико-математических наук Александр Тутуков, а коллектив ИВМиМГ создал компьютерную модель такого сценария. Недавно она нашла подтверждение: в ноябре 2018 года в остатках взрыва сверхновой обнаружили остатки звезды-компаньона.
По информации https://stimul.online/news/kak-smodelirovat-vselennuyu/
Обозрение "Terra & Comp".
