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SDSC的彗星超级计算机有助于发现有噪声的中子星碰撞

模拟揭示了不平等合并中一个独特的“爆炸”

中子星是受其潮汐引力的撕扯从其庞大的同伴unequal-mass二进制中子星合并(A)。大部分的小伴侣的质量落到大质量恒星,导致崩溃,形成一个黑洞(B)。但有些物质被喷射进太空中;其余的会退回到黑洞周围形成一个巨大的吸积盘(C)

在讨论中子星的时候,谈论“安静”碰撞和“嘈杂”碰撞似乎很奇怪,但许多这样的碰撞形成了一个黑洞,除了引力证据外,它吞噬了所有的证据。一系列使用多个超级计算机的模拟,包括彗星加州大学圣地亚哥分校的圣地亚哥超级计算机中心(SDSC)的一项研究表明,当中子星的质量相差足够大时,结果会更加嘈杂。

模型预测了电磁“爆炸”,当合并的恒星质量相似时,电磁“爆炸”并不存在,这可能使天文学家更容易探测到。

宾夕法尼亚州立大学天体物理学助理教授,计算相对论国际合作组织成员核心来自美国、德国、意大利和巴西的科学家们希望更好地理解不平等中子星碰撞的现象,并预测天文学家可以寻找的这种碰撞的特征。

为了他的研究,Radice获得了一些超级计算机的使用权,但对进行这些模拟最有用的是彗星在SDSC和桥梁在匹兹堡超级计算中心(PSC).这两个系统都由美国国家科学基金会资助,并通过该机构的极端科学与工程发现环境(XSEDE)项目。核心小组最近报告说他们的研究结果《皇家天文学会月刊》

“中子星的特性有很多不确定性,”Radice说。“对一个模型的单一模拟并不能告诉我们太多信息;我们需要执行大量计算密集型的模拟。我们需要一个只有机器喜欢的高容量和高容量的组合桥梁彗星可以提供。如果没有这样的国家超级计算资源,这项工作就不可能完成。”

雷迪思说,许多中子星碰撞是安静的,至少就科学家可以探测到的辐射而言。撞击产生了强烈的引力波——现在引力波探测器已经探测到了,比如位于华盛顿汉福德和路易斯安那州利文斯顿的激光干涉仪引力波天文台(LIGO);处女座,卡斯基纳,比萨附近。但其他珍贵的东西却很少出现。这是因为密度极高的坍缩恒星结合在一起形成了一个黑洞,黑洞吞噬了合并产生的任何辐射。

但这并不是唯一的方式。在2017年报告首次探测到中子星合并后,LIGO团队在2019年报告了第二次探测,他们将其命名为GW190425。第一次合并是天文学家所预料的,总质量约为太阳质量的2.7倍,两颗中子星的质量几乎相等。然而,GW190425更重,其总质量约为太阳质量的3.5倍。更重要的是,两名参与者的大众比例更不平等,可能高达二比一。

根据Radice的说法,虽然这看起来并不是一个巨大的差异,但中子星的质量范围很窄,大约在太阳质量的1.2到3倍之间。较轻的恒星残骸不会坍缩形成中子星,而是形成白矮星。较重的物体直接坍缩形成黑洞。

当合并的恒星之间的差异变得像GW190425一样大时,科学家们怀疑合并可能会更混乱——电磁辐射也更大。天文学家没有从GW190425所在的位置探测到这样的信号。但那天,传统望远镜对这片天空的覆盖不足以将其排除在外。

超级计算机是如何帮助

为了运行他的模拟,Radice需要足够的计算速度、大内存以及在内存和计算之间移动数据的灵活性,就像当今更大的超级计算机一样。这在一定程度上是因为科学家对这些合并所知甚少。测试他们的理论需要运行大约20次模拟,每一次都需要500个计算核,持续数周。

彗星是这项研究的关键组成部分,Radice为此使用了许多超级计算机,包括xsede分配的计算机Stampede2德克萨斯高级计算中心和蓝色的水在国家超级计算应用中心,它是XSEDE二级资源。他们希望,天文学家可以利用他们发现的模拟信号,结合使用引力波和传统望远镜来探测成对的信号,这些信号预示着一颗较小的中子星与一颗较大的中子星的合并。

本研究得到了欧盟H2020 ERC启动基金(BinGraSp-714626)的支持。进行了数值相对论模拟SuperMUC慕尼黑莱布尼茨超级计算中心(LRZ)的超级计算机马可尼超级计算机(isra - b项目编号HP10BMHFQQ)。访问彗星桥梁是通过XSEDE(分配TG-PHY160025)吗蓝色的水(awd - 1811236)。这项研究使用了国家能源研究科学计算中心的资源,该中心是由美国能源部科学办公室支持的能源部科学办公室用户设施(DE-AC02-05CH11231)。


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Ken Chiacchia,匹兹堡超级计算中心, 412-268-5869.(必须启用JavaScript才能查看此电子邮件地址)

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