Stjerne- og planetforskere får millioner af timer på EU supercomputere

”Astrofysik og Planetforskning går en travl, men spændende tid i møde. Den megen regnekraft skal bruges i løbet af det næste år, og projekterne involverer næsten alle gruppens forskere og studerende, samt internationale kollegaer”, fortæller Klaus Galsgaard, lektor i forskningsgruppen og den hovedansvarlige for en af ansøgningerne til Partnership for Advanced Computing in Europe (PRACE), som giver industri og forskning adgang til de største supercomputere i Europa.

PRACE udvalgte 30 projekter i Europa, og helt exceptionelt er der tre projekter fra Astrofysik og Planetforskning, der i alt har fået bevilget 91 millioner CPU timer eller 12 procent af al EU supercomputertid. (Hvis regnekraften skulle købes ved for eksempel den danske nationale supercomputer ville det koste 7 millioner kroner.)

Sol- og stjerne-storme

Klaus Galsgaard, lektor har fået 60 millioner CPU timer på den italienske Marconi supercomputer, til projektet “Ab inito 3D MHD simulations of solar and stellar coronae”

”Ved at benytte nye og fysisk realistiske computermodeller vil vi undersøge de mekanismer, der opvarmer Solens ydre atmosfære, koronaen, til millioner af grader Kelvin. Opvarmningen skyldes magnetfelter, som trænger igennem Solens overflade og overfører energi fra Solens indre til koronaen, hvor gastætheden er meget lille, og effekten af energioverførslen derfor bliver stor.  I forbindelse med energifrigivelsen i koronaen accelereres elektroner og protoner i koronaen til hastigheder tæt på lysets. Energiudladningerne i koronaen er også årsag til ’solstorme’, hvor områder af koronaen rives løs og sendes afsted ud i solsystemet. Når de rammer Jorden og dens omgivelser dannes nordlys, og i ekstreme tilfælde sker der forstyrrelser af elforsynings- og kommunikations-systemer. Processerne i Solens korona vil blive undersøgt ved - på en ny og banebrydende måde, at kombinere modeller af magnetfelters dynamik med partikelsimuleringer”, fortæller Klaus Galsgaard.

Disse eksperimenter skal blandt andet danne grundlag for en bedre forståelse af solstorme. Undersøgelsen vil - for første gang, også omfatte modeller af sollignende stjerners koronaer.

Stjernedannelse

Troels Haugbølle, lektor har fået 22 millioner CPU timer på den italienske Marconi supercomputer til projektet “Quantitative Models of a Star Forming Cluster”.

Stjerner fødes i store gasskyer, som trækker sig sammen under deres egen tyngdekraft. Gassen, der bliver til bare én enkelt stjerne, kommer typisk fra et område der er 20.000 gange større end afstanden fra Jorden til Solen, og for at modellerne skal være realistiske må de indeholde gas nok til, at mange stjerner kan fødes i hobe med hundredvis af stjerner.

”På Center for Stjerne og Planet dannelse har vi udviklet en ny unik metode, som kan koncentrere computerberegningerne rundt om nydannede stjerner og få både de små og store skalaer med. Typisk vil en model kun indeholde en simpel beskrivelse, hvor temperatur, tryk og hastigheder beregnes. Men med PRACE og adgang til computerkræfter i den internationale superliga vil det blive muligt også at regne på kemien i skyen og undersøge f.eks. hvordan og hvor vand bliver dannet og transporteret fra den oprindelige sky og ned til de nydannede stjerner. Modellerne vil blive de mest realistiske nogensinde af stjernedannende områder, og i tæt samarbejde med astronomer fra NBI skal data sammenlignes med observationer fra det store Europæiske ALMA teleskop”, fortæller Troels Haugbølle.

Projektet vil hjælpe forskerne til en bedre forståelse af, hvordan stjerner dannes i vores Mælkevej, og selv om beregningerne ’kun’ tager et år, vil analysen af de store datamængder holde forskerne beskæftiget over de næste par år.

Planetdannelse

Oliver Gressel, adjunkt har fået 9 millioner CPU timer på den spanske Mare Nostrum supercomputer til projektet “Planet-disc interaction in evolving protostellar systems”.

Siden antikken har vi kun kendt en håndfuld planeter, som alle kredser om vores egen stjerne, Solen. Men ved hjælp af satellitterne Kepler og CoRoT samt teleskoper på Jorden har forskerne de sidste tyve år opdaget flere tusinde såkaldte exoplaneter, der kredser om fjerne stjerner i Mælkevejen.

”Kigger man nærmere på exoplanet-systemerne bliver det klart, at vores eget solsystem måske ikke er helt så typisk, og der findes en mangfoldighed af forskellige typer planetsystemer rundt om andre stjerner. Forståelsen af, hvordan disse systemer dannes og udvikler sig er et af de mest aktive forskningsområder i astronomien”, fortæller Oliver Gressel.

Kigger man ud i universet får man kun et øjebliksbillede, men hvilke fysiske processer er ansvarlige for dannelsen af stjerner og planeter – og hvor lang tid tager det? Det kan computersimuleringer være med til at opklare.  Oliver Gressel laver realistiske computermodeller af protoplanetariske tilvækstskiver af støv og gas kredsende om nydannede stjerner, hvori planeter bliver født.  Nydannede planeter påvirker tilvækstskiven, hvilket både kan åbne huller i skiven, og få planeterne til at flytte sig.

Oliver Gressel fortæller, at forskerne indtil nu kun har kunnet studere planetmigration i korte tidsrum, men med bedre computermodeller og international regnekraft fra PRACE vil de følge et helt planetsystem over de første millioner år, hvor planetsystemets arkitektur lægges fast. Spørgsmålene er, hvad der fastlægger et exoplanet-systems udseende? – er det dér, hvor planeterne bliver født? - eller dér, hvor de bringes hen i vekselvirkning med tilvækstskiven, og hvordan sker det? Det håber de at kunne bidrage med afgørende ny viden til opklaring af.

• PRACE >>
• Astrofysik og Planetforskning >>
• Niels Bohr International Academy >>

Emner