高性能計(jì)算機(jī)將首次使同時(shí)模擬中子星的引力波、磁場(chǎng)和中微子物理成為可能。位于波茨坦馬克斯普朗克引力物理研究所(愛(ài)因斯坦研究所/AEI)的計(jì)算相對(duì)論天體物理學(xué)部門投入了11600個(gè)CPU核心計(jì)算機(jī)集群的運(yùn)行，這個(gè)名為櫻花號(hào)的高性能集群位于加興Max Planck計(jì)算與數(shù)據(jù)設(shè)備公司(MPCDF)，將用于強(qiáng)大天體物理事件的數(shù)值相對(duì)論模擬。

當(dāng)中子星誕生于核坍縮超新星中，或在億萬(wàn)年之后彼此融合時(shí)，會(huì)發(fā)出大量的電磁波、中微子和引力波。

潛在的天體物理過(guò)程尚未被很好地理解，需要解決高度復(fù)雜、非線性、偏微分方程。有了櫻花號(hào)，科學(xué)家們將進(jìn)行物理上精確和高分辨率的模擬，以顯著提高我們對(duì)雙星合并過(guò)程和黑洞形成的理解。AEI的計(jì)算相對(duì)論天體物理部門專注于天體物理事件的數(shù)值相對(duì)論模擬，通過(guò)在高性能計(jì)算機(jī)上求解愛(ài)因斯坦方程和廣義相對(duì)論方程，產(chǎn)生引力波和電磁輻射。

這些模擬在預(yù)測(cè)精確的引力波形、搜索探測(cè)器數(shù)據(jù)以及探索伽馬暴等明亮高能現(xiàn)象方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過(guò)使用更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，科學(xué)家們可以考慮到理解天體物理現(xiàn)象所需要的更復(fù)雜物理學(xué)。科學(xué)家們雄心勃勃的目標(biāo)之一是進(jìn)行物理上精確的高分辨率模擬，以了解雙星是如何合并。計(jì)算相對(duì)論天體物理學(xué)部門主任柴田雅茹(Masaru Shibata)說(shuō)：高性能計(jì)算機(jī)集群是我們的虛擬實(shí)驗(yàn)室。

我們不能在實(shí)驗(yàn)室里創(chuàng)造中子星，讓它們?nèi)诤喜⒈O(jiān)測(cè)發(fā)生了什么。但是，可以通過(guò)研究所有重要的過(guò)程，并精確地解出描述它們行為的相應(yīng)方程，來(lái)預(yù)測(cè)兩顆中子星合并時(shí)會(huì)發(fā)生什么，這些計(jì)算需要巨大的計(jì)算能力，即使在非常大的計(jì)算機(jī)上，通常也需要幾個(gè)月時(shí)間。有了櫻花號(hào)，現(xiàn)在有11600個(gè)CPU核心，每秒0 9千萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算，可以進(jìn)行這些數(shù)值模擬。

在以前的計(jì)算中，科學(xué)家們無(wú)法在一次模擬中同時(shí)模擬磁場(chǎng)和中微子物理的影響。除了代碼仍在開(kāi)發(fā)之外，計(jì)算資源也扮演著至關(guān)重要的角色。有了這臺(tái)新的大型計(jì)算機(jī)，研究人員認(rèn)為有可能把磁場(chǎng)和中微子物理學(xué)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行模擬，從而得到中子星合并物理學(xué)的全貌。

博科園｜研究/來(lái)自：馬克斯·普朗克學(xué)會(huì)

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