È un processo intricato attraverso il quale le stelle massicce perdono il loro gas mentre si evolvono, e una comprensione più completa potrebbe essere solo a distanza di calcoli, se solo quei calcoli non impiegassero diversi millenni per essere eseguiti su computer normali.

Ora, gli astrofisici Matteo Cantiello e Yan-Fei Jiang del Kavli Institute for Theoretical Physics (KITP) dell'UC Santa Barbara potrebbero trovare un modo per aggirare questo problema.

La coppia ha ricevuto 120 milioni di ore di CPU in due anni sul supercomputer Mira, il sesto computer più veloce al mondo, attraverso il programma Innovative and Novel Computational Impact on Theory and Experiment (INCITE), un'iniziativa del Dipartimento di Energia degli Stati Uniti Office of Science. INCITE mira ad accelerare le scoperte scientifiche e le innovazioni tecnologiche premiando, su base competitiva, tempo sui supercomputer ai ricercatori con grandi progetti computazionalmente intensivi che affrontano "grandi sfide" nel campo della scienza e dell'ingegneria.

"L'accesso a Mira significa che saremo in grado di eseguire calcoli che altrimenti richiederebbero circa 150, 000 anni per funzionare sui nostri laptop, " disse Cantiello, uno specialista associato presso KITP.

Cantiello e Jiang utilizzeranno il tempo del loro supercomputer per eseguire simulazioni 3D di interni stellari, in particolare gli involucri esterni di stelle massicce. Tali calcoli sono uno strumento importante per informare e migliorare le approssimazioni unidimensionali utilizzate nella modellazione dell'evoluzione stellare. I ricercatori mirano a svelare la complessa fisica coinvolta nell'interazione tra gas, radiazioni e campi magnetici in tali stelle, corpi stellari che più avanti nella vita possono esplodere per formare buchi neri e stelle di neutroni.

I fisici usano il codice Athena++ basato su griglia, che è stato accuratamente esteso e testato da Jiang, per risolvere equazioni per il flusso di gas in presenza di campi magnetici (magnetoidrodinamica) e per come i fotoni si muovono in tali ambienti e interagiscono con il flusso di gas ( trasferimento radiativo). Il codice divide gli enormi calcoli in piccoli pezzi che vengono inviati a molte CPU diverse e risolti in parallelo. Con un numero impressionante di CPU:786, 432 per essere precisi:Mira accelera enormemente il processo.

Questa ricerca affronta un problema sempre più importante:comprendere la struttura delle stelle massicce e la natura del processo che le fa perdere massa man mano che si evolvono. Ciò include sia venti relativamente costanti che drammatiche eruzioni episodiche di perdita di massa.

Chiamata perdita di massa stellare, questo processo ha un effetto decisivo sul destino finale di questi oggetti. Il tipo di esplosione di supernova che queste stelle subiscono, così come il tipo di resti che lasciano (stelle di neutroni, buchi neri o addirittura nessun residuo), sono intimamente legati alla loro perdita di massa.

Lo studio è particolarmente rilevante alla luce della recente rilevazione di onde gravitazionali da LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). La scoperta ha dimostrato l'esistenza di buchi neri di massa stellare orbitanti così vicini l'uno all'altro che alla fine possono fondersi e produrre le onde gravitazionali osservate.

"Capire come si siano formati questi sistemi binari di buchi neri richiede in primo luogo una migliore comprensione della struttura e della perdita di massa dei loro progenitori stellari, "ha spiegato Jiang, un borsista post-dottorato presso KITP.

Le implicazioni del lavoro che Cantiello e Jiang eseguiranno su Mira si estendono anche a campi più ampi dell'evoluzione stellare e della formazione delle galassie, tra gli altri.