Det är en komplicerad process genom vilken massiva stjärnor förlorar sin gas när de utvecklas, och en mer fullständig förståelse kunde bara vara beräkningar borta - om bara dessa beräkningar inte tog flera årtusenden att köra på vanliga datorer.

Nu, Astrofysikerna Matteo Cantiello och Yan-Fei Jiang från UC Santa Barbaras Kavli Institute for Theoretical Physics (KITP) kan hitta en väg runt det problemet.

Paret har tilldelats 120 miljoner CPU-timmar under två år på superdatorn Mira – den sjätte snabbaste datorn i världen – genom programmet Innovative and Novel Computational Impact on Theory and Experiment (INCITE), ett initiativ från U.S. Department of Energy Office of Science. INCITE syftar till att påskynda vetenskapliga upptäckter och tekniska innovationer genom att tilldela, på konkurrensbasis, tid på superdatorer till forskare med storskalig, beräkningsintensiva projekt som tar upp "stora utmaningar" inom naturvetenskap och teknik.

"Tillgång till Mira innebär att vi kommer att kunna köra beräkningar som annars skulle ta cirka 150, 000 år att köra på våra bärbara datorer, sade Cantiello, en associerad specialist på KITP.

Cantiello och Jiang kommer att använda sin superdatortid för att köra 3D-simuleringar av stjärninteriörer, i synnerhet de yttre höljena av massiva stjärnor. Sådana beräkningar är ett viktigt verktyg för att informera och förbättra de endimensionella approximationer som används i modellering av stjärnutveckling. Forskarna strävar efter att reda ut den komplexa fysiken som är involverad i samspelet mellan gas, strålning och magnetfält i sådana stjärnor — stjärnkroppar som senare i livet kan explodera och bilda svarta hål och neutronstjärnor.

Fysikerna använder rutnätsbaserad Athena++-kod – som noggrant har utökats och testats av Jiang – för att lösa ekvationer för gasflödet i närvaro av magnetfält (magnetohydrodynamik) och för hur fotoner rör sig i sådana miljöer och interagerar med gasflödet ( strålningsöverföring). Koden delar upp de enorma beräkningarna i små bitar som skickas till många olika CPU:er och löses parallellt. Med ett svindlande antal processorer—786, 432 för att vara exakt – Mira påskyndar processen enormt.

Den här forskningen tar upp ett allt viktigare problem:att förstå strukturen hos massiva stjärnor och arten av processen som gör att de förlorar massa när de utvecklas. Detta inkluderar både relativt stabila vindar och dramatiska episodiska massförlustutbrott.

Kallas stjärnmassaförlust, denna process har en avgörande effekt på det slutliga ödet för dessa objekt. Den typ av supernovaexplosion som dessa stjärnor genomgår, samt vilken typ av rester de lämnar efter sig (neutronstjärnor, svarta hål eller till och med inga rester alls), är intimt knutna till sin massförlust.

Studien är särskilt relevant i ljuset av den senaste upptäckten av gravitationsvågor från LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Upptäckten visade att det finns svarta hål från stjärnor som kretsar så nära varandra att de till slut kan smälta samman och producera de observerade gravitationsvågorna.

"Att förstå hur dessa svarta håls binära system bildades i första hand kräver en bättre förståelse av strukturen och massförlusten av deras stjärnfader, " förklarade Jiang, en postdoktor vid KITP.

Implikationerna av arbetet Cantiello och Jiang kommer att utföra på Mira sträcker sig också till bredare fält av stjärnutveckling och galaxbildning, bland andra.