کوی دانش - kooy

استفاده از شبیه سازی های سه بعدی برای به تصویر کشیدنِ یک انفجار ابرنواختری

استفاده از شبیه سازی های سه بعدی برای به تصویر کشیدنِ یک انفجار ابرنواختری
17 خرداد
10:15 1395
محققان برای اجرای شبیه سازی های سه بعدیِ مقیاس بزرگ از لحظات آخر عمر چرخه حیات یک ابرنواختر، از ابرکامپیوتر Mira استفاده می کنند. درحالیکه راهبرد شبیه سازی سه بعدی هنوز در ابتدای راه خود قرار دارد، اما نتایج اولیه حاکی از آنست که مدل های بدست آمده تصویرهایی را در اختیار قرار می دهد که نسبت به گذشته، مکانیسم هایی که موجب انفجارِابرنواخترها می شود را به خوبی آشکار می سازد.

این شبیه سازی نشان می دهد که وجود چرخش و میدان های مغناطیسی ضعیف تا حد زیادی بر توسعه مکانیسم ابرنواختر در قیاس با ستاره های غیرمغناطیسی و غیر چرخشی نقش دارد. ستاره نوترونی متولد شده به سختی در مرکز و زیر همرفت آشفته قابل مشاهده می باشد.
ابرنواخترها ستاره های غول پیکری هستند که در انتهای چرخه زندگی خود به شیوه ای به یادماندنی منفجر می شوند و محتویات خود را که متشکل از کربن، آهن و اساساً تمام عناصر طبیعی می باشد، در سرتاسر کیهان پراکنده می سازند. مکانیسم های یاد شده علیرغم نقش بنیادینی که در کیهان شناسی دارند و انفجار ابرنواخترها را به پیش می رانند هنوز به خوبی شناخته شده نیستند. 
شون کوچ، استادیار فیزیک و نجوم دانشگاه ایالتی میشیگان می گوید: "اگر بخواهیم تکامل شیمیایی کل کیهان و نحوه فرآوریِ ماده تشکیل دهنده حیات بر روی زمین و توزیع آنرا در سرتاسر کیهان بدانیم، بایستی مکانیسم ابرنواخترها را درک کنیم."
به همین دلیل، کوچ، هدایت تلاش هایی را به عهده گرفته است که با استفاده از Mira، ابرکامپیوتر 10 پتافلاپی تاسیسات محاسبه پیشتار آرگون (ALCF's)  انجام می شود و برخی از بزرگترین و مفصل ترین شبیه سازی هایی که تاکنون از فروپاشیِ هسته ابرنواختر صورت گرفته، انجام می گیرد. ALCF، دفتر تاسیسات کاربری علم متعلق به وزارت انرژی آمریکا (DOE) می باشد. 
بعد از میلیون ها سال سوزاندن عناصر سنگین، ستاره های غول پیکر ابرنواختر (که جرمشان حداقل 8 برابر جرم خورشید می باشد) درنهایت سوخت هسته ای شان خاتمه یافته و دارای هسته آهنی می شوند. 
این ستاره ها که دیگر نمی توانند در برابر کشش گرانشی فوق العاده شان تاب بیاورند، شروع به فروپاشی می کنند. اما در این میان، یک روندی که هنوز شناخته نشده دخالت کرده و موجب معکوس شدنِ فروپاشی و انفجار ستاره می شود. 
کوچ ادامه می دهد: "آنچه امثال منِ نظریه پرداز، سعی در فهمیدنش دارند همین روند بین مرحله ای است. چه اتفاقی می افتد که از هسته آهنی فروپاشی به انفجار می رسیم؟"
کوچ و تیم وی با استفاده از Mira، دست به توسعه و نمایش راهبردی سه بعدی (شبیه به واقعیت) نمودند که نگاهی واقعی تر به "مرحله بینابینی" یاد شده را ممکن ساخته است، این در حالی است که در مطالعات قبلی چنین امکانی وجود نداشت. 
هرچند روش سه بعدی یاد شده هنوز در مراحل اولیه خود قرار دارد، اما نتایج اولیه بدست آمده امیدوارکننده می باشد. سال 2015 همین تیم مقاله ای را در ژورنال Astrophysical Journal Letters  منتشر ساخته و شبیه سازی هایشان را از سه دقیقه آخر رشد هسته آهنی در ستاره ای که جرمش به 15 برابر جرم خورشید می رسد به صورت مفصل شرح دادند. آنها دریافتند که اطلاعات دقیق تر از ساختار ستاره و حرکتی که به واسطه همرفت آشفته تولید می شود (و چند صد کیلومتر بر ثانیه می باشد) نقش بسیار مهمی را در نقطه فروپاشی ایفا می کند. 
کوچ ادامه می دهد: "توانستیم نشان بدهیم که هرچه شرایط ابتدایی قبل از انفجار واقعی تر باشد اثر قدرتمندتری را بر روی نتایج نهایی خواهد داشت."


اضافه کردن بعدی دیگر 
علیرغم این حقایقی که ستاره ها می چرخند، دارای میدان مغناطیسی بوده و نیمکره هایی متقارن نیستند، ولی بیشتر شبیه سازی های یک بعدی و دو بعدی از ابرنواخترها که تاکنون صورت پذیرفتند، ستاره های متقارن، فاقد میدان مغناطیسی و غیر چرخشی را به نمایش گذاشته است. دانشمندان می بایست همین «راهبرد ساده شده» را درپیش می گرفتند زیرا مدلسازی ابرنواخترها کاری است که به لحاظ محاسباتی سنگین است. در این دست شبیه سازی ها، محاسبات فیزیکی پیچیده و مقیاس های زمانی گسترده وجود دارد، ستاره ها به مرور میلیون ها سال تکامل می یابند، اما مکانیسم ابرنواختر ظرف یک ثانیه رخ می دهد. 
به گفته کوچ، به علت وجود شرایط ابتدایی غیرواقعی، مشکلاتی در جریان خلق انفجارهای قدرتمند و یکپارچه طی شبیه سازی ها بروز کرده است که از جمله چالش های طولانی مدت موجود در اخترفیزیک محاسباتی می باشد. 
با این حال به لطف پیشرفت های اخیر در نرم افزار و سخت افزارهای محاسباتی، کوچ و همکارانش نیز با بهره گیری از راهبرد سه بعدی، گام های بلندی را رو به شبیه سازی های ابرنواختری دقیق تر برداشته اند.
عرضه ابرکامپیوترهای  مقیاس پتا همانند Mira  امکان دستکاری های شبه اوریجینال در زمینه های چرخش، میدان های مغناطیسی و سایر روندهای فیزیکی پیچیده ای را که در گذشته عملی نبود ممکن ساخته است. 
به گفته کوچ "در گذشته، بصورت کلی، هنگام انجام چنین شبیه سازی هایی، این حقیقت را که میدان های مغناطیسی در کیهان حاکم هستند در شبیه سازی دخالت نمی دادیم، چون بعد از اضافه ساختنش به محاسبات، درجه پیچیدگی تا دو فاکتور افزایش پیدا می کرد. اما با شبیه سازی که با استفاده از Mira انجام گرفت دریافتیم که میدان های مغناطیسی می توانند اتفاقاً در زمان مناسب محرک خوبی را به کار اضافه کنند که ابرنواختر را به سوی انفجار پیش براند."

از نظر نرم افزاری، کوچ همچنان به همکاری خود با دانشمندان محاسباتی ALCF  ادامه می دهد تا بهبود کد FLASH منبع باز و توانایی شبیه سازی ابرنواختری آن حاصل شود. 
اما حتی با در اختیار داشتن نرم افزار و سخت افزار پرقدرتِ امروزین، هنوز نمی توان تمام جنبه های فیزیکی را در یک شبیه سازی جای داد به نحوی که مشابه رویداد اصلی باشد، به گفته کوچ به این منظور نیازمند سیستم های در مقیاس اگزا (exascale) هستیم. 
وی ادامه می دهد: "شبیه سازی های ما صرفاً گام اول به سوی شبیه سازی های سه بعدی واقع گرایانه از ابرنواخترها می باشد. اما با این وضعیت هم اثبات می شود که می توان و باید دقایق آخر تکامل این ستاره های غول آسا را به صورت سه بعدی شبیه سازی کرد."
تیم مزبور نتایج بدست آمده را در ژورنال Astrophysical Journal Letters  و طی مقاله ای به تاریخ سال 2015 با عنوان "تکامل سه بعدی سقوط هسته ستاره ای غول پیکر" منتشر کردند. در مطالعه یاد شده از منابع محاسباتی موجود در مرکز محاسبات پیشرفته تگزاس و دانشگاه تگزاس واقع در اوستین استفاده شد. 

درباره نویسنده

هنگامه خوش خلق

هنگامه خوش خلق

اینجانب فعالیت خود را به عنوان مترجم از سال 88 و با همکاری با انتشارات طاهریان آغاز کردم .و سپس به عنوان کارمند مترجم با شرکت های مختلفی همکاری داشته ام . در این میان لازم به ذکر است که فعالیت های اینجانب علاوه بر ترجمه کتاب (در آخرین مورد نشر آوند دانش)شامل ترجمه مقالات ، همکاری به عنوان مترجم شفاهی در دوره ها و سمینارهای مختلف و کار به عنوان مسئول مکاتبات و مکالمات خارجی شرکت توسعه اطلاعات بوده است .علاوه بر زبان انگلیسی ، آشنایی متوسط با زبان های اسپانیولی و ترکی استانبولی را نیز دارا می باشم .

 

شما اولین نفری باشید که برای این خبر نظر میدهد
تصویر امنیتی



عبارت در تصویر را وارد کنید


سنگهایی از آنسوی منظومه شمسی

سنگهایی از آنسوی منظومه شمسی

پس از 16 سال که این تکه سنگها بر روی زمین افتاده اند، دانشمندان به این واقعیت پی بردند که آنها از خارج از منظومه شمسی به زمین رسیده اند. این سنگها در سال 2000 (1378) بر روی دریاچه یخ زده تاگیش واقع در بریتیش کلمبیای کشور کانادا به زمین برخورد کردند و در همان زمان هم دانشمندان اعلام کردند که آنها، نمونه هایی کاملاً متفاوت از تمامی نمونه های بدست آمده و طبقه بندی شده از سنگهای کیهانی هستند. هم اکنون محققانی که به ارزیابی ترکیب سنگ مشغول هستند می گویند که نظریه بهتری برایش دارند که البته با شنیدن آن کمی تعجب خواهید کرد. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
سیاره ای با سه خورشید، سه غروب و سه طلوع

سیاره ای با سه خورشید، سه غروب و سه طلوع

جایی در کهکشان یک اگزوپلنت وجود دارد که سه خورشید را برای خود کنار گذاشته است. یک تیم از ستاره شناسان دانشگاه آریزونا با استفاده از ESO (تلسکوپی بسیار بزرگ از رصدخانه جنوبی اروپا) موفق به یافتن HD 131399Ab شده اند، اگزوپلنتی که بصورت کلی به آن یک «سیستم سه ستاره ای» triple-star system می گویند. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
تصحیح اطلاعات موجود درباره سطح یخی قمر انسلادوس

تصحیح اطلاعات موجود درباره سطح یخی قمر انسلادوس

تصویر فوق ضخامت لایه یخی در انسلادوس را نمایش می دهد که در مناطق استوایی خود (بخش زرد رنگ) به حداکثر 35 کیلومتر هم می رسد ولی در منطقه قطبی جنوب آن (قسمت آبی رنگ) صرفاً 5 کیلومتر ضخامت دارد. این اطلاعات حاصل مدلسازی جدید دانشمندان از این قمر دوستداشتنی زحل است. لیکن اطلاعات پیشین از ضخامت بسیار بیشتر این لایه یخی گفته بود.برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
کشف نوع جدیدی از شهاب سنگ در سوئد

کشف نوع جدیدی از شهاب سنگ در سوئد

یک سنگ فضایی باستانی در معدن سنگی در سوئد کشف شده است. این سنگ، نوعی شهاب سنگ می باشد که پیش از این هرگز روی زمین مشاهده نشده بود و احتمالاً باقی مانده تصادم عظیم سیارکی است که 470 میلیون سال قبل از این رخ داده و نخاله هایش روانه زمین شده است.

مطالعه متن کامل
دوردست ترین اکسیژنی که تا به امروز مشاهده شده است

دوردست ترین اکسیژنی که تا به امروز مشاهده شده است

تیمی از ستاره شناسان با استفاده از آرایه بزرگ میلیمتری/زیرمیلیمتری آتاکاما (ALMA) دست به شناسایی اکسیژن در کهکشان دوردستی زده اند که صرفاً 700 میلیون سال بعد از انفجار بزرگ مشاهده می شود. این کهکشان دوردست ترین کهکشانی است که تاکنون شناسایی اکسیژن روی سطح آن به صورت قطعی انجام شده است و به احتمال زیاد به خاطر تشعشع قوی از ستاره های غول پیکر جوان، یونیزه گشته است. کهکشان مزبور می تواند نمونه منابعی باشد که مسئول سازماندهی کیهان درسال های نخستین شکل گیری کیهان هستند.

مطالعه متن کامل
علم و تلاش برای مطالعه "آرواره ها"

علم و تلاش برای مطالعه "آرواره ها"

به هر صورت که حساب کنیم، کوسه سفید عظیم الجثه ای که در تاریخ 17 ژانویه سال جاری میلادی توسط بالگرد خارج از ساحل جنوبی استرالیا مشاهده شد "تقریبا از نظر بزرگی همتراز کوسه فیلم معروف آرواره ها " بوده است. درحقیقت بنا به تخمین های زده شده این کوسه حداکثر 23 فوت یا 7 متر طول داشته و اندکی کوچکتر از کوسه خونخوار فیلم آرواره ها می باشد، به علاوه کوسه مزبور در 100 متری ساحل مشاهده شد. بنابراین عجیب نیست که بعد از مشاهده چنین "هیولایی" شباهت های میان کوسه نامبرده با کوسه خیالی رمان 1974 پیتر بنچلی، کاربران اینترنت را دستخوش هیجان سازد.

مطالعه متن کامل
ویدئوی شبیه سازی: کهکشان های فوق متراکم چگونه شکل می گیرند؟

ویدئوی شبیه سازی: کهکشان های فوق متراکم چگونه شکل می گیرند؟

در ادامه ویدئوی شبیه سازی خلق کهکشان های غول پیکر فوق متراکم را مشاهده می کنید. با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
نکته سلامتی: ورزشکاران در معرض ابتلا به مشکلات پوستی هستند

نکته سلامتی: ورزشکاران در معرض ابتلا به مشکلات پوستی هستند

ورزشکاران مستعد ابتلا به بیماری های پوستی نظیر عفونت ها هستند. برای اینکه به بیماری های پوستی مبتلا نشوید توصیه های کوی دانش را در نظر داشته باشید...

مطالعه متن کامل
ایجاد الگوریتمی توسط MIT به منظور حذف بازتاب‌های ناخواسته در عکس‌ها

ایجاد الگوریتمی توسط MIT به منظور حذف بازتاب‌های ناخواسته در عکس‌ها

اگر تا به حال از پشت پنجره عکس انداخته باشید می‌دانید که بازتابی از تصویر شما در حالی که رو‌به‌روی پنجره ایستاده‌اید، داخل تصویر می‌افتد. پژوهشگران MIT فرآیندی را ایجاد کرده‌اند که می توانید با استفاده از آن بازتاب تصویر خود را از عکس‌ها حذف کنید تا فقط منظره مورد نظر شما در آن طرف پنجره باقی بماند.

مطالعه متن کامل
فوتوسنتز معکوس، یک «زیست سوخت» فوق کارآمد

فوتوسنتز معکوس، یک «زیست سوخت» فوق کارآمد

در جستجوی مستمر بدنبال انرژی تجدیدپذیر، از طبیعت کمک های بسیاری گرفته شده، به تازگی نیز منبع نوینی از دامان سبز طبیعت کشف شده است. تیمی از دانشمندان دانشگاه کپنهاگ دانمارک روند "فوتوسنتز معکوسی" را ابداع نموده اند که زیست توده (کاه یا چوب) را با استفاده از انرژی خورشید بدل به سوخت می سازد.

مطالعه متن کامل