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.
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 rendszer felépítése – ábra: MTA CSFK CSI 3DNAL
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.
Bolygószületés 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.