Tre danske rumprojekter får PRACE-regnekraft til stjerneforskning

Af Torben B. Sørensen , 27/09/16
Forskere fra Niels Bohr Institutet har fået tildelt regnekraft på de store europæiske supercomputere i PRACE-samarbejdet til tre projekter.

Astrofysik og Planetforskning på Niels Bohr Institutet havde indsendt fire ansøgninger til PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe) i år. Som noget ganske usædvanligt fik de antaget tre projekter.

Modellerer solstorme

Magnetfeltlinjer i en model af solens korona

Magnetfeltlinjer i en model af solens korona. Det grå mønster viser celler, hvor varm gas strømmer op til solens overflade i cellernes indre, afkøles og strømmer tilbage ned i de mellemliggende fordybninger. De grønne og violette områder viser koncentrationer af positiv og negativ magnetisk polaritet. Det er fremfor alt igennem disse områder, at koronaens magnetfelt er forbundet med solens indre.

"Det første projekt handler om solaktivitet. Over solens overflade, i den såkaldte korona, sker der indimellem store energiudladninger, drevet af magnetfeltet på solens overflade – en slags solstorme. Gassen i en storm kan rive sig løs og sendes ud igennem solsystemet. Hvis den rammer jorden, giver det nordlys. Kraftige storme kan ødelægge satellitter og påvirke elektricitet og kommunikationssystemer. Vi modellerer solstorme med programmer, der beskriver udviklingen i overfladen. Det nye i projektet er, at vi kombinerer dem med en model, der beskriver aktiviteten på partikelplan. Det kræver meget regnekraft, når man ser på enkelte molekyler i stedet for en samlet gas, men det kan hjælpe os til at forstå, hvordan de meget energi-rige, og potentielt set farlige, partikler i sol-vinden bliver dannet," fortæller lektor Troels Haugbølle fra Niels Bohr Institutet.

Projektet, "Ab inito 3D MHD simulations of solar and stellar coronae", der ledes af lektor Klaus Galsgaard, har fået tildelt 60 millioner kernetimer på supercomputeranlægget Marconi i Italien. Det er en helt ny supercomputer, der blev sat i drift i begyndelsen af juli.

Udvider stjernemodel med kemi

Stjerner dannes i store skyer af gas

Stjerner dannes i store skyer af kold gas, men et nyt stjernesystem er meget mindre end skyen. Ved hjælp af en ny metode kan forskerne koncentrere beregningerne omkring de nyfødte stjerner i deres rette element og give et statistisk retvisende billede af stjernedannelse. Billedet kan direkte sammenlignes med observationer af stjernedannede områder i vores mælkevej. En AU svarer til afstanden fra jorden til solen.

Det andet projekt handler om, hvordan stjerner dannes. Det ledes af Troels Haugbølle fra center for stjerne- og planetdannelse, hvis gruppe har arbejdet på det de sidste fem år.

Stjerner dannes ud af støv og gas, der er samlet i gigantiske molekyleskyer. Deres tyngdekraft får partiklerne til at samle sig, indtil de til sidst falder sammen og bliver til en stjerne. En udfordring ved at modellere den proces er, at der er stor forskel på skalaerne: Kernen af en sky fylder cirka 20.000 gange afstanden fra jorden til solen. Når den er faldet sammen til en stjerne, fylder den en hundrededel af samme afstand.

"Vi har udviklet en model, hvor vi kan zoome ind på de interessante områder. Dermed behøver vi ikke bruge regnekraft på områder, hvor der ikke rigtig sker noget. Det nye ved PRACE-projektet er, at vi kan koble kemi ind i modellen. Dermed kan vi følge dannelsen af molekyler. For eksempel kan vi se på, hvor vand bliver dannet," siger Troels Haugbølle.

Projektet, "Quantitative Models of a Star Forming Cluster", har fået tildelt 22 millioner kernetimer på Marconi-anlægget.

Når planeter dannes

Planetdannelse

Ifølge de nyeste teorier er stenkernen det første, som bliver dannet af en ny planet. Når kernen er vokset til omkring ti gange jordens vægt, kan den åbne et hul i tilvækstskiven som vist på billedet. I det såkaldte “hestesko-område" udvikler der sig komplicerede strømningsmønstre, som bestemmer planetens vekselvirkning med skiven, og om den vandrer nærmere eller længere væk fra stjernen.

Det sidste projekt ser på, hvordan planeter bliver dannet. Når en stjerne er født, dannes der en skive af gas og støv rundt om den. Ud fra denne såkaldte tilvækstskive bliver planeterne dannet.

I de sidste tyve år har astronomer fundet mere end tusind planeter omkring andre stjerner. De har blandt andet opdaget en jordlignende planet i kredsløb om vores nærmeste nabostjerne. Det har vist sig, at de såkaldte exoplanetsystemer er meget forskellige. De fleste ligner slet ikke vores eget solsystem, hvilket har vendt op og ned på teorierne om planetdannelse. Exoplaneter er nu et af de mest aktive forskningsområder i astronomien.

"Adjunkt Oliver Gressel på Niels Bohr International Academy har udviklet modeller for, hvordan tilvækstskiven udvikler sig. Modellerne ser fx på, hvordan gassen falder ned på en planet, der dannes i skiven. En nyfødt planet vil støvsuge den omkringliggende gas og åbne et hul i skiven, men den bliver også påvirket i processen og kan begynde at vandre enten indad eller udad. Med PRACE-ressourcerne vil forskerne kunne følge et helt planetsystem i de første millioner år, hvor planetsystemets arkitektur fastlægges, og på den måde bidrage til at forstå, hvad der fastlægger et exoplanetsystems udseende: Der, hvor planeterne bliver født, eller hvor de vandrer hen, og hvordan sker det?" fortæller Troels Haugbølle.

PRACE har tildelt projektet, "Planet-disc interaction in evolving protostellar systems", ni millioner kernetimer på den spanske supercomputer MareNostrum.

Regnekraft for syv millioner

Troels Haugbølle, NBI
"Hvis vores forskning skal være med helt fremme, skal vi regne på de største modeller. Det kan vi med PRACE-ressourcerne," siger Troels Haugbølle fra Niels Bohr Institutet.

Danmark er medlem af PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe) via DeiC. Gennem PRACE kan forskere få adgang til supercomputere, der er langt større end dem, vi har i Danmark. Marconi-anlægget har således godt 54.000 CPU-kerner, der senere udvides til 250.000. DeiCs største supercomputer har godt 14.000 kerner.

Regnekraft på PRACE-anlæggene tildeles ud fra en vurdering af den videnskabelige kvalitet af projekterne. Det koster ikke det enkelte forskningsprojekt noget at deltage.

"Hvis vi skulle købe regnekraft svarende til den, vi har fået tildelt i de tre projekter, ville det koste os omkring syv millioner kroner. Så Danmark får god valuta ud af investeringen i PRACE," siger Troels Haugbølle.

I år har PRACE uddelt regnekraft til europæiske forskere i to omgange: Først til 27, siden til 30 projekter. Danmark tegner sig for de tre, som til sammen har fået 13 procent af de kernetimer, der er uddelt til de 30 projekter. Det er de eneste danske projekter, der har fået tildelt regnetid i år.

Syntetiske observationer

Forskningsprojekterne fra Niels Bohr Institutet går i gang 1. september. Om et års tid regner Troels Haugbølle med, at de første forskningsresultater er klar. Men selvom projekterne har ét år til at bruge supercomputerne, kan analysen af de mange data holde forskerne beskæftigede de næste to-tre år.

Ingen af projekterne bygger direkte på data hentet fra observationer af verdensrummet. Der er tale om rent teoretisk modellering. Men de spiller fint sammen med observationerne, forklarer Troels Haugbølle:

"Som en del af analysen laver vi blandt andet syntetiske observationer, hvor vi danner billeder fra data med den samme opløsning og støj som i rigtige observationer. Det kan hjælpe os med at fortolke observationerne, og vi kan også få ideer til, hvad vi skal kigge efter, når vi fx vil finde helt nydannede stjerner eller bestemte molekyler i verdensrummet," siger han.

Plads til flere danske forskere

Troels Haugbølle mener, at flere danske forskere med fordel kunne ansøge om regnekraft hos PRACE.

"Mange er nok ikke klar over, at PRACE ikke kun tilbyder regnekraft på de helt store Tier-0-systemer. Man kan også søge om såkaldt preparatory adgang, hvor man med en lille mængde tid og teknisk støtte får mulighed for at gøre sine programmer klar til at køre på de store systemer. Derved kan man dokumentere, at de er gode nok, hvilket er en forudsætning for at få Tier-0 tid. Der er også en årlig runde med regnetid på Tier-1-systemer, der er lidt mindre end Tier-0. Det kan være et godt sted at starte. Send en ansøgning på tre-fire sider, og hvis projektet lyder spændende, er der en god chance for, at det bliver antaget," siger han.

Troels Haugbølle og hans kollegaer på Niels Bohr Institutet har tidligere fået tildelt PRACE-regnetid til seks Tier-0 og to Tier-1 projekter.

Links

 

Relaterede nyheder

Relateret indhold