Para ilmuwan telah mengembangkan sistem AI yang dapat dengan cepat memprediksi pola cacat kompleks pada kristal cair, sehingga mempersingkat waktu simulasi dari hitungan jam menjadi milidetik. Pendekatan ini dapat mengubah cara material canggih dirancang dan diuji. Banyak struktur kompleks di dunia fisik terbentuk ketika simetri rusak. Ketika suatu sistem bergerak dari keadaan seimbang dan simetris (…)

JetMedia Digital Agency

Simulasi menunjukkan itu SaturnusMoon Enceladus mengeluarkan lebih sedikit es ke ruang angkasa dari yang diperkirakan sebelumnya.

Pada 1600 -an, para astronom Christian Huygens dan Giovanni Cassini mengarahkan teleskop mereka di Saturnus dan membuat penemuan inovatif. Apa yang tampaknya adalah pita -pita yang bersinar di sekitar planet ini bukanlah struktur yang solid sama sekali, tetapi cincin besar yang terdiri dari busur kecil yang tak terhitung jumlahnya.

Ratusan tahun kemudian, NASAMisi Cassini-Huygens (Cassini) membawa eksplorasi ini ke tingkat yang sama sekali baru. Mulai tahun 2005, pesawat ruang angkasa menangkap aliran gambar -gambar yang terus menerus yang membentuk kembali pengetahuan ilmiah Saturnus dan bulan -bulannya. Salah satu temuannya yang paling luar biasa adalah pada Enceladus, dunia beku di mana geyser besar menembak partikel es ke luar angkasa, menciptakan cincin samar yang mengelilingi planet ini.

Sekarang, para peneliti di Texas Advanced Computing Center (TACC) telah menggunakan data Cassini dalam model superkomputer canggih untuk menyempurnakan perkiraan berapa banyak Ice Enceladus yang keluar ke luar angkasa. Hasil baru ini penting untuk memahami aktivitas bulan dan juga akan memandu misi robot masa depan yang suatu hari nanti dapat menyelidiki lautan bawah permukaan yang tersembunyi, habitat potensial seumur hidup.

“Laju aliran massa dari Enceladus antara 20 hingga 40 persen lebih rendah dari apa yang Anda temukan dalam literatur ilmiah,” kata Arnaud Mahiux, seorang peneliti senior di Royal Belgia Institute for Space Aeronomy dan afiliasi dari Departemen Austin dari Mekanika Teknik Aerospace & Engineering.

Superkomputer ke Enceladus

Mahieux adalah penulis yang sesuai dari studi komputasi Enceladus yang baru -baru ini diterbitkan di Jurnal Penelitian Geofisika: Planet. Di dalamnya, ia dan rekannya mengembangkan simulasi langsung Monte Carlo (DSMC) model yang meningkatkan pemahaman tentang struktur dan perilaku bulu -bulu besar uap air dan partikel es yang dikeluarkan oleh ventilasi pada permukaan enceladus.

Studi ini dibangun berdasarkan karya sebelumnya yang diterbitkan pada tahun 2019 dan dipimpin oleh Mahieux yang pertama kali menggunakan model DSMC untuk memperoleh kondisi awal yang menciptakan bulu -bulu es, seperti ukuran ventilasi, rasio uap air terhadap biji -bijian es, suhu, dan kecepatan keluar.

“Simulasi DSMC sangat mahal,” kata Mahieux. “Kami menggunakan superkomputer TACC kembali pada tahun 2015 untuk mendapatkan parameterisasi untuk mengurangi waktu perhitungan dari 48 jam kemudian menjadi hanya beberapa milidetik sekarang.”

Mengungkapkan rahasia Enceladus

Menggunakan parameterisasi matematika, para peneliti menghitung kepadatan dan kecepatan bulu cryovolcanic Enceladus, menggambar pada data Cassini yang dikumpulkan saat terbang langsung melalui mereka.

“Temuan utama dari penelitian baru kami adalah bahwa untuk 100 sumber cryovolcanic, kami dapat membatasi laju aliran massa dan parameter lain yang tidak diturunkan sebelumnya, seperti suhu di mana bahan itu keluar. Ini adalah langkah besar ke depan dalam memahami apa yang terjadi pada Enceladus,” kata Mahiuux.

Enceladus adalah dunia kecil, hanya 313 mil, yang gravitasi yang lemah tidak dapat menahan jet es yang meletus dari ventilasi. Ini diperhitungkan dengan benar dalam model DSMC ini. Pendekatan sebelumnya kurang canggih dalam dinamika fisika dan gas mereka daripada model DSMC kami. Apa yang dilakukan Enceladus adalah mirip dengan lava gunung berapi ke luar angkasa – kecuali ejecta adalah gumpalan uap air dan es.

Simulasi memodelkan bagaimana gas dalam bulu bergerak pada tingkat mikro, di mana partikel bergerak, bertabrakan, dan bertukar energi seperti kelereng yang saling memukul dalam permainan. Beberapa juta molekul disimulasikan pada langkah waktu mikrodetik, dan model DSMC memungkinkan perhitungan pada tekanan yang lebih rendah, lebih realistis dari sebelumnya, dengan waktu perjalanan yang lebih lama antara tabrakan.

David Goldstein, profesor UT Austin dan rekan penulis studi, memimpin pengembangan pada 2011 kode DSMC yang disebut Planet. TACC memberikan alokasi Goldstein pada superkomputer Lonestar6 dan Stampede3 melalui Portal University of Texas Research CyberInfrastructure, yang mendukung para peneliti di semua 14 lembaga sistem UT.

“Sistem TACC memiliki arsitektur yang luar biasa yang menawarkan banyak fleksibilitas,” kata Mahieux. “Jika kami menggunakan kode DSMC hanya pada laptop, kami hanya bisa mensimulasikan domain kecil. Berkat TACC, kami dapat mensimulasikan dari permukaan Enceladus hingga 10 kilometer ketinggian, di mana bulu -bulu mengembang ke ruang angkasa.”

Bulan dingin dan lautan tersembunyi

Saturnus tinggal di luar apa yang oleh para astronom disebut sebagai ‘garis salju’ di tata surya, bergabung dengan planet lain dengan bulan dingin seperti Jupiter, UranusDan Neptunus.

“Ada lautan air cair di bawah ‘bola es besar ini,’” kata Mahieux. “Ini adalah banyak dunia lain, selain bumi, yang memiliki lautan cair. Gumpalan di Enceladus membuka jendela ke kondisi bawah tanah.”

NASA dan Badan Antariksa Eropa sedang merencanakan misi masa depan untuk meninjau kembali Enceladus, dengan ambisi yang jauh melampaui flybys. Proposal termasuk mendarat di permukaan bulan dan mengebor keraknya untuk menyelidiki lautan di bawah, pencarian tanda -tanda kehidupan yang tersembunyi di bawah bermil -mil es. Memahami dan mengukur kandungan bulu enceladus memberi kita cara untuk benar -benar mengukur apa yang terjadi di bawah permukaan tanpa mengebor es.

“Superkomputer dapat memberi kami jawaban atas pertanyaan yang tidak dapat kami impikan bahkan 10 atau 15 tahun yang lalu,” kata Mahieux. “Kita sekarang bisa lebih dekat untuk mensimulasikan apa yang dilakukan alam.”

Referensi: “Pemodelan Plume Air Enceladus Menggunakan DSMC” oleh A. Mahieux, DB Goldstein, Pl Varghese, LM Trafton, G. Portyankina, LW Esposito, Me Perry, JH Waite, BS Southworth dan S. Kempf, 29 Agustus 2025, Jurnal Penelitian Geofisika: Planet.
Doi: 10.1029/2025je009008

Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan buletin ScitechDaily.
Ikuti kami di google, temukan, dan berita.

Simulasi baru menunjukkan bahwa transformasi rasa neutrino mengubah komposisi dan sinyal yang ditinggalkan setelahnya bintang neutron tabrakan.

Ketika dua bintang neutron bertabrakan dan bergabung, hasilnya adalah salah satu peristiwa paling energik di alam semesta. Cathaclysms ini menghasilkan beberapa jenis sinyal yang dapat dideteksi dari Bumi.

Simulasi baru dari para peneliti di Penn State dan University of Tennessee Knoxville menunjukkan bahwa cara partikel kecil yang disebut campuran dan perubahan neutrino memengaruhi bagaimana merger berkembang dan apa yang dipancarkan. Neutrino dapat melakukan perjalanan melintasi jarak kosmik yang luas dengan hampir tidak ada gangguan, dan perilaku mereka membentuk hasil dari tabrakan.

Menurut tim, hasilnya berbicara dengan pertanyaan lama tentang dari mana logam dan elemen tanah jarang berasal, dan mereka juga membantu para ilmuwan menyelidiki fisika di lingkungan yang ekstrem.

Studi yang diterbitkan di Surat Ulasan Fisikadalah yang pertama memodelkan transformasi “rasa” neutrino selama merger bintang neutron. Neutrino adalah partikel fundamental yang berinteraksi hanya lemah dengan materi dan muncul dalam tiga rasa yang dinamai partikel yang mereka sertai: elektron, muon dan tau. Dalam kondisi tertentu, termasuk yang ada di dalam bintang neutron, neutrino secara teoritis dapat beralih rasa, yang pada gilirannya mengubah jenis partikel yang berinteraksi dengan mereka.

“Simulasi sebelumnya dari merger bintang neutron biner belum memasukkan transformasi rasa neutrino,” kata Yi Qiu, mahasiswa pascasarjana dalam fisika di Penn State Eberly College of Science dan penulis pertama makalah ini. Ini sebagian karena proses ini terjadi pada skala waktu nanodetik dan sangat sulit untuk ditangkap dan sebagian karena, sampai saat ini, kami tidak cukup tahu tentang fisika teoretis yang mendasari transformasi ini, yang berada di luar model fisika dan transformasi yang disingkirkan, kami menemukan bahwa sejauh mana hal yang memakan dan mentransformasikan hal -hal yang memakannya, hal -hal yang memengaruhi hal -hal yang memakannya, yang dikerahkan oleh neutrino, yang memakan banyak hal. Sisa – serta materi di sekitarnya. “

Membangun simulasi lanjutan

Para peneliti membangun simulasi komputer dari penggabungan bintang neutron dari bawah ke atas, menggabungkan berbagai proses fisik, termasuk gravitasi, relativitas umum, hidrodinamika dan pencampuran neutrino. Mereka juga memperhitungkan transformasi neutrino rasa elektron menjadi rasa muon, yang menurut para peneliti adalah transformasi neutrino yang paling relevan di lingkungan ini. Mereka memodelkan beberapa skenario, memvariasikan waktu dan lokasi pencampuran serta kepadatan bahan di sekitarnya.

Para peneliti menemukan bahwa semua faktor ini memengaruhi komposisi dan struktur sisa merger, termasuk jenis dan jumlah elemen yang dibuat selama merger. Selama tabrakan, neutron dalam bintang neutron dapat diluncurkan pada atom -atom lain di puing -puing, yang dapat menangkap neutron dan akhirnya membusuk ke dalam elemen yang lebih berat, seperti logam berat seperti emas dan platinum serta elemen tanah jarang yang digunakan di Bumi di telepon pintar, baterai kendaraan listrik dan perangkat lainnya.

“Rasa neutrino mengubah cara berinteraksi dengan materi lain,” kata David Radice, Knerr, Profesor Karier Fisika dan Associate Professor Astronomi dan Astrofisika di Penn State Eberly College of Science dan penulis makalah ini. “Jenis elektron neutrino dapat mengambil neutron, salah satu dari tiga bagian dasar dari atomdan mengubahnya menjadi dua lainnya, proton dan elektron. Tapi neutrino tipe muon tidak bisa melakukan ini. Jadi, konversi rasa neutrino dapat mengubah berapa banyak neutron yang tersedia dalam sistem, yang secara langsung berdampak pada penciptaan logam berat dan elemen tanah jarang. Masih ada banyak pertanyaan yang tersisa tentang asal kosmik elemen -elemen penting ini, dan kami menemukan bahwa akuntansi untuk pencampuran neutrino dapat meningkatkan produksi elemen sebanyak faktor 10. ”

Emisi yang dapat dideteksi dari Bumi

Pencampuran neutrino selama merger juga mempengaruhi jumlah dan komposisi materi yang dikeluarkan dari merger, yang menurut para peneliti dapat mengubah emisi yang terdeteksi dari Bumi. Emisi ini biasanya termasuk Gelombang gravitasi -Riak dalam waktu ruang-serta radiasi elektromagnetik seperti sinar-X atau sinar gamma.

“Dalam simulasi kami, pencampuran neutrino memengaruhi emisi elektromagnetik dari merger bintang neutron dan mungkin gelombang gravitasi juga,” kata Radice. “Dengan detektor mutakhir seperti LigoVirgo dan Kagra dan rekan -rekan generasi berikutnya, seperti yang diusulkan Cosmic Explorer Observatory yang dapat memulai operasi pada tahun 2030 -an, para astronom siap untuk mendeteksi gelombang gravitasi lebih sering daripada yang kita miliki sebelumnya. Memahami lebih baik bagaimana emisi ini dibuat dari merger bintang neutron akan membantu kita menafsirkan pengamatan di masa depan. ”

Para peneliti mengatakan pemodelan proses pencampuran mirip dengan pendulum yang terbalik. Awalnya, banyak perubahan terjadi pada skala waktu yang sangat cepat, tetapi pada akhirnya pendulum memilih keseimbangan yang stabil. Tetapi banyak dari ini, kata mereka, adalah asumsi.

“Masih banyak yang tidak kita ketahui tentang fisika teoretis dari transformasi neutrino ini,” kata Qiu. “Ketika fisika partikel teoretis terus maju, kami dapat sangat meningkatkan simulasi kami. Yang tetap tidak pasti adalah di mana dan bagaimana transformasi ini terjadi dalam merger bintang neutron. Pemahaman kami saat ini menunjukkan bahwa mereka sangat mungkin, dan simulasi kami menunjukkan bahwa, jika mereka terjadi, mereka dapat memiliki efek utama, sehingga penting untuk memasukkan mereka dalam model dan analisis di masa depan.

Sekarang infrastruktur untuk simulasi kompleks ini telah dibuat, para peneliti mengatakan mereka mengharapkan kelompok lain akan menggunakan teknologi untuk terus mengeksplorasi dampak pencampuran neutrino.

“Merger bintang neutron berfungsi seperti laboratorium kosmik, memberikan wawasan penting tentang fisika ekstrem yang tidak dapat kita tiru dengan aman di bumi,” kata Radice.

Referensi: “Transformasi rasa neutrino dalam merger bintang neutron” oleh Yi Qiu, David Radice, Sherwood Richers dan Maitraya Bhattacharyya, 26 Agustus 2025, Surat Ulasan Fisik.
Doi: 10.1103/h2q7-kn3v

Selain Qiu dan Radice, tim peneliti termasuk Maitraya Bhattacharyya, sarjana postdoctoral di Institute Gravitasi Penn State dan Cosmos, dan Sherwood Richers di University of Tennessee, Knoxville. Pendanaan dari Departemen Energi AS, Sloan Foundation dan AS National Science Foundation mendukung pekerjaan ini.

Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan buletin ScitechDaily.

Di Laboratorium Nasional Argonne, para ilmuwan telah memanfaatkan superkomputer Frontier untuk menciptakan simulasi alam semesta yang belum pernah terjadi sebelumnya, mencakup rentang 10 miliar tahun cahaya dan menggabungkan model fisika yang kompleks. Pencapaian luar biasa ini memberikan wawasan baru mengenai pembentukan galaksi dan evolusi kosmik, serta menunjukkan kemampuan luar biasa dari komputasi exascale. Terobosan dalam Simulasi Alam Semesta (…)

RisalahPos.com Network

Related

Lucy, nenek moyang manusia purba, bisa berlari tegak tetapi jauh lebih lambat dibandingkan manusia modern. Simulasi baru menunjukkan bahwa evolusi otot dan tendon, bukan hanya perubahan kerangka, adalah kunci untuk meningkatkan kecepatan lari manusia. Universitas Liverpool telah memimpin tim ilmuwan internasional dalam penyelidikan baru terhadap kemampuan berlari Australopithecus afarensis, (…)

RisalahPos.com Network

Related

Para peneliti telah mengembangkan metode komputasi baru untuk mengeksplorasi materi neutron di dalam bintang neutron dengan kepadatan lebih tinggi dari yang dipelajari sebelumnya. Metode ini memberikan wawasan tentang perilaku neutrino selama ledakan supernova, meningkatkan akurasi simulasi, dan berpotensi meningkatkan pemahaman kita tentang peristiwa kosmik tersebut. Kemajuan dalam Simulasi Materi Neutron Ketika sebuah bintang (…)

RisalahPos.com Network

Related

Para peneliti telah menyelidiki konsep warp drive, yang secara teoritis memungkinkan pesawat ruang angkasa melampaui kecepatan cahaya, menggunakan prinsip dari Relativitas Umum Einstein.

Para fisikawan telah mengeksplorasi kemungkinan teoritis pesawat ruang angkasa yang digerakkan dengan mengompresi ruangwaktu empat dimensi selama beberapa dekade. Meskipun apa yang disebut “penggerak warp” ini berasal dari dunia fiksi ilmiah, hal ini didasarkan pada deskripsi konkret dalam relativitas umum. Sebuah studi baru membawa hal-hal ke langkah selanjutnya – mensimulasikan gelombang gravitasi drive tersebut mungkin mengeluarkan bunyi jika rusak.

Penelitian Warp Drive

Warp drive merupakan bagian utama fiksi ilmiah, dan pada prinsipnya dapat mendorong pesawat ruang angkasa lebih cepat daripada kecepatan cahaya. Sayangnya, terdapat banyak masalah dalam konstruksinya dalam praktik, seperti persyaratan untuk jenis materi eksotis dengan energi negatif. Masalah lain dengan metrik warp drive mencakup kesulitan bagi mereka yang berada di dalam pesawat untuk benar-benar mengendalikan dan menonaktifkan gelembung.

Penelitian baru ini merupakan hasil kolaborasi antara spesialis fisika gravitasi di Queen Mary University of London, University of Potsdam, Max Planck Institute (MPI) for Gravitational Physics di Potsdam, dan Cardiff University. Meskipun tidak mengklaim telah memecahkan kode warp drive, penelitian ini mengeksplorasi konsekuensi teoritis dari “kegagalan penahanan” warp drive menggunakan simulasi numerik. Dr. Katy Clough dari Queen Mary University of London, penulis pertama penelitian ini menjelaskan: “Meskipun warp drive murni teoritis, mereka memiliki deskripsi yang terdefinisi dengan baik dalam teori Relativitas Umum Einstein, sehingga simulasi numerik memungkinkan kita untuk mengeksplorasi dampak yang mungkin ditimbulkannya pada ruangwaktu dalam bentuk gelombang gravitasi.”

Studi Kolaborasi dan Simulasi

Hasilnya sangat menarik. Penggerak lengkung yang runtuh menghasilkan ledakan gelombang gravitasi yang berbeda, riak dalam ruang waktu yang dapat dideteksi oleh detektor gelombang gravitasi yang biasanya menargetkan lubang hitam Dan bintang neutron penggabungan. Tidak seperti bunyi kicauan dari penggabungan objek astrofisika, sinyal ini akan berupa semburan pendek dan berfrekuensi tinggi, sehingga detektor saat ini tidak akan menangkapnya. Namun, instrumen berfrekuensi tinggi di masa mendatang mungkin dapat mendeteksinya, dan meskipun belum ada instrumen semacam itu yang didanai, teknologi untuk membangunnya sudah ada. Hal ini meningkatkan kemungkinan penggunaan sinyal ini untuk mencari bukti teknologi warp drive, meskipun kita tidak dapat membangunnya sendiri.

Arah Penelitian Masa Depan

Prof Tim Dietrich dari Universitas Potsdam berkomentar: “Bagi saya, aspek terpenting dari penelitian ini adalah kebaruan dalam pemodelan dinamika ruangwaktu energi negatif secara akurat, dan kemungkinan untuk memperluas teknik tersebut ke situasi fisik yang dapat membantu kita lebih memahami evolusi dan asal usul alam semesta kita, atau proses di pusat lubang hitam.”

Kecepatan warp mungkin masih jauh dari kenyataan, tetapi penelitian ini telah mendorong batas-batas pemahaman kita tentang ruangwaktu yang eksotis dan gelombang gravitasi. Para peneliti berencana untuk menyelidiki bagaimana sinyal berubah dengan berbagai model penggerak warp.

Referensi: “Apa yang belum pernah dilihat siapa pun sebelumnya: bentuk gelombang gravitasi dari keruntuhan warp drive” oleh Katy Clough, Tim Dietrich dan Sebastian Khan, 25 Juli 2024, Jurnal Terbuka Astrofisika.
DOI: 10.33232/001c.121868