Összetettebb fizikai modellek, bolygóbölcsők három dimenzióban - új számítógépes rendszer segíti a magyar csillagászok munkáját
Az MTA CSFK Csillagászati Intézet 3D Numerikus Asztrofizika Laborjában tavaly üzembe állt új rendszer máris új részleteket tárt fel a bolygókeletkezés kezdeteiről. A kutatócsoport a szimulációk háromdimenziós bemutatására alkalmas projektorrendszer fejlesztésében is részt vett.
Az utóbbi évek exobolygó-felfedezései arra utalnak, hogy a Tejútrendszerben meglehetősen gyakoriak a csillagok körüli bolygórendszerek, ráadásul az eddig felfedezett exobolygók megdöbbentő változatosságot mutatnak. A modern csillagászat egyik legizgalmasabb kérdése az, hogy miként alakultak ki e bolygórendszerek, és miért fejlődtek a mi Naprendszerünktől eltérő szerkezetűvé. A távoli bolygórendszerek keletkezésének jobb megértése által pedig arról is többet tudhatunk meg, hogy miként keletkezett a Föld, és vannak-e a Földhöz hasonló bolygók a Tejútrendszerben?
A bolygóbölcsők, a csillagkeletkezés maradványából felépülő protoplanetáris korongok, és a bennük keringő égitestek kölcsönhatásai igen összetettek. Ezért a bolygókeletkezés jobb megértéséhez összetett és nagy teljesítményigényű számítógépes szimulációk szükségesek.
Nagyobb számítási kapacitás, jobb elmélet
Ilyen szimulációkkal foglalkozik az MTA CSFK Csillagászati Intézetében Regály Zsolt és az általa vezetett 3D Numerikus Asztrofizika Labor (3DNAL). A csillagászok egy tavaly elnyert pályázat révén nagyjából egy nagyságrenddel növelhették az intézet számítási és tárolókapacitását, így immár a korábbiaknál jóval összetettebb fizikai modellekkel vizsgálhatják a bolygórendszerek születését.
A 32,5 millió forintos pályázati támogatásból egy nagy teljesítményű SGI C2108-GP5 HPC szervert vásároltak, mely két Intel Xeon E5-2699v4 (egyenként 24 magos) CPU-t, illetve 4 NVIDIA Kepler 80, tudományos célú GPU gyorsítót tartalmaz (egyenként két Kepler 40 architektúrát egyesítenek), melyek teljes számítási kapacitása 12 TFLOPS. A 3D modellszámítások adatainak tárolásához két-két alacsony energiafogyasztású, nagy megbízhatóságú Synology RackStation RS2416RP+ és RX1214RP redundáns hálózati tárhelyegységet is beszereztek, melyek összesen 130TB térhelyet biztosítanak. A 3DNAL projektnek köszönhetően a Csillagászati Intézet számítás- és tárhelykapacitása mintegy egy nagyságrenddel növekedett, míg üzemeltetési költsége a korábbi egységekénél alacsonyabbnak bizonyult.
A kutatók az új számítógépes rendszerrel már képesek voltak a protoplanetáris korong gravitációs hatását is figyelembe venni a benne keletkező örvényekre. Az eredmények azt mutatták, hogy az örvények keringési irányuk mentén megnyúlnak, ezért élettartamuk lerövidül, és – ellentétben a korábbi feltételezésekkel – nem tudnak saját gravitációs terük hatására összeomlani. Mindez súlyos csapást mér arra a feltételezésre, mely szerint a nagyléptékű örvényekben gravitációs instabilitás során keletkezhetnek bolygók. Sokkal inkább arról lehet szó, hogy létrejöttüket a protoplanetáris korong szilárd anyagának összesűrűsödése, vagyis az ún. bolygómag-akkréciós folyamatok segítik.
A számítógépes és projektorrendszer felépítése Forrás: MTA CSFK CSI 3DNALBolygószületés három dimenzióban
A kutatócsoport az elméleti munka mellett egy háromdimenziós projektorrendszer kifejlesztésében is részt vett, mely látványosan bemutathatóvá teszi a szimulációk eredményeit. A rendszer elve alapjában megegyezik a 3D-mozikban megismerttel: a szimulációról két virtuális kamera készít felvételeket, és ezek képei a nézők jobb és bal szemébe jutnak egy speciális szemüvegen keresztül. Míg azonban a mozik rendszere a fény polarizációján alapul, a CSFK-s kutatóké spektrumszűrt fénnyel operál, így
- nincs szükség különleges vászonra,
- kevésbé szűrődik be az egyik szemnek szánt kép a másikba (az intenzitásarány nagyjából 1:100 szemben a mozikban elérhető 1:10 aránnyal),
- a térélmény a terem minden pontjáról tökéletesen élvezhető.
A virtuális háromdimenziós megjelenítés olyan tudományterületeken is fontos szerepet kaphat, ahol a számítógépen létrehozott 3D modell struktúráinak azonosítása szükséges (így például anyagtudományi, geológiai, geofizikai, kémiai, biológiai kutatások során). „Szívesen segítünk az MTA kutatóintézeteinek, illetve kutatócsoportjainak a háromdimenziós megjelenítőrendszerünk saját kutatásaikhoz történő adaptálásában” – mondta Regály Zsolt.
A címlapkép forrása NASA/JPL-Caltech/T. Pyle.
