Эти маленькие, слабые системы, составленные из миллионов или миллиардов звезд, пыли и газа, составляют наиболее распространенный тип галактики, наблюдаемой во вселенной. Но согласно самым продвинутым моделям астрофизиков, галактики малой массы должны содержать еще много звезд, чем они, кажется, содержат.Ведущая теория для этого несоответствия зависит от подобных фонтану оттоков газа, наблюдаемого, выходя из некоторых галактик. Эти оттоки ведут жизнь и смерть звезд, определенно звездных ветров и взрывов сверхновой звезды, которые коллективно дают начало явлению, известному как «галактический ветер».
Поскольку звездная деятельность удаляет газ в межгалактическое пространство, галактики теряют драгоценное сырье, чтобы сделать новые звезды. Физика и силы в действии во время этого процесса, однако, остаются чем-то вроде тайны.
Лучше понять, как галактический ветер затрагивает звездное формирование в галактиках, команде с двумя людьми во главе с Калифорнийским университетом, Санта-Круз, превращенный к высокоэффективному вычислению на Средстве для Вычисления Лидерства Ок-Риджа (OLCF), американском Офисе Министерства энергетики (DOE) Научного Пользовательского Средства, расположенного в Окриджской национальной лаборатории (ORNL) САМКИ. Определенно, UC астрофизик Санта-Круза Брэнт Робертсон и аспирант Аризонского университета Ивэн Шнейдер (теперь Товарищ Хаббла в Принстонском университете), расширил их кодекс гидродинамики Кактуса по суперкомпьютеру Титана Cray XK7 OLCF, чтобы создать высоко подробные моделирования галактического ветра.«Процесс создания галактических ветров является чем-то, что требует, чтобы изящная резолюция по большому объему поняла – намного лучшая резолюция, чем другие космологические моделирования, что образцовое население галактик», сказал Робертсон. «Это – что-то, что Вам действительно нужна машина как Титан, чтобы сделать».
После приобретения распределения на Титане через САМКУ ПОДСТРЕКАЮТ программу, Робертсон и Шнайдер начали с малого, моделировав горячий, управляемый сверхновой звездой ветер, сталкивающийся с прохладным облаком газа через 300 световых годов пространства. (Световой год равняется путешествиям дальнего света фар за 1 год.) Результаты позволили команде исключать потенциальный механизм для галактического ветра.Теперь команда нацеливается выше, стремясь производить почти триллион моделирований клетки всей галактики, которая была бы самым большим моделированием галактики когда-либо. Вне того, чтобы побить рекорды Робертсон и Шнайдер стремятся раскрыть новые детали о галактическом ветре и силах, которые регулируют галактики, понимание, которое могло улучшить наше понимание галактик малой массы, темной материи и эволюции вселенной.Моделирование холодных облаков
Приблизительно 12 миллионов световых годов от Земли проживают один из самых близких соседей Млечного пути, дисковой галактики под названием Более грязные 82 (M82). Меньший, чем Млечный путь, форма сигары M82 подчеркивает изменчивую индивидуальность. Галактика производит новые звезды приблизительно в пять раз быстрее, чем темп нашей собственной галактики звездного производства.
Это делающее звезду безумство дает начало галактическому ветру, который выставляет больше газа, чем система удерживает, ведущие астрономы, чтобы оценить, что M82 исчерпает топливо всего через 8 миллионов лет.Анализируя изображения от Космического телескопа Хабблa НАСА, ученые могут наблюдать это медленно развивающееся массовое бегство газа и пыли.
Данные, собранные от таких наблюдений, могут помочь мере Робертсона и Шнайдера, если они на правильном пути, моделируя галактический ветер.«С галактиками как M82 Вы видите много холодного материала в большом радиусе, из которого это вытекает очень быстро. Мы хотели видеть, если Вы взяли реалистическое облако холодного газа и поразили его горячим, быстрым, управляемым сверхновой звездой оттоком, если Вы могли бы ускорить тот холодный материал к скоростям как то, что наблюдается», сказал Робертсон.
Ответ на этот вопрос в высоком разрешении потребовал эффективного кодекса, который мог решить проблему на основе известной физики, такой как движение жидкостей. Робертсон и Шнайдер развивали Кактус, чтобы выполнить вычисления гидродинамики полностью на GPUs, акселераторы, которым высоко находят что-либо подобное, которые выделяются при простом хрусте числа, таким образом достигая результатов с высоким разрешением.
В Титане, 27-petaflop система, содержащая больше чем 18 000 GPUs, Кактус нашел свой матч. После тестирования кодекса по группе GPU в Аризонском университете Робертсон и Шнайдер определили эффективность Кактуса под Контролируемыми премиями двух мелких директоров OLCF прежде, чем выпустить кодекс под, ПОДСТРЕКАЮТ. В испытаниях кодекс поддержал вычисление больше чем через 16 000 GPUs.«Мы можем использовать всего Титана», сказал Робертсон, «который довольно удивителен, потому что подавляющее большинство власти той системы находится в GPUs».
Соединение кодекса и компьютера дало Робертсону и Шнайдеру, инструменты должны были произвести высокочастотные моделирования газовых облаков, измеряющих больше чем 15 световых годов в диаметре. Кроме того, команда может увеличить масштаб частей моделирования, чтобы изучить фазы и свойства галактического ветра в изоляции. Эта способность помогла команде исключить теорию, что устанавливаемые холодные облака близко к центру галактики могли быть выставлены стремительным, горячим ветром от сверхновых звезд.
«Ответ – он, не возможно», сказал Робертсон. «Горячий ветер на самом деле кромсает облака, и облака становятся постригшими и очень узкими. Они похожи на небольшие ленты, которые являются очень трудными спешить».Галактические цели
Доказав вычислительные отбивные Кактуса, Робертсон и Шнайдер теперь планируют моделирование полной галактики, приблизительно в 10 – 20 раз больше, чем их предыдущее усилие. Расширение размера моделирования позволит команде проверять дополнительную теорию на появление галактического ветра в дисковых галактиках как M82.
Теория предлагает, чтобы облака холодного газа уплотнили из горячего оттока, когда они расширяются и охлаждаются.«Это – что-то, что это было установлено в аналитических моделях, но не проверено в моделировании», сказал Робертсон. «Вы должны смоделировать целую галактику, чтобы захватить этот процесс, потому что движущие силы оттоков таковы, что Вам нужно глобальное моделирование диска».Моделирование полной галактики будет, вероятно, состоять из сотен миллиардов клеток, представляющих больше чем 30 000 световых годов пространства. Чтобы покрыть это пространство, команда должна пожертвовать резолюцией.
Это может полагаться на свои подробные газовые моделирования облака, однако, чтобы соединить весы и сообщить нерешенной физике в рамках большего моделирования.«Это – то, что интересно о выполнении этих моделирований в широко различных весах», сказал Робертсон. «Мы можем калибровать после факта, чтобы сообщить нам в том, как мы могли бы понимать историю превратно с более грубым, большим моделированием».