p Mais de 1800 anos atrás, Astrônomos chineses ficaram intrigados com o súbito aparecimento de uma brilhante "estrela convidada" no céu, sem saber que estavam testemunhando a forja cósmica de uma supernova, um evento repetido inúmeras vezes espalhado por todo o universo. p Hoje, com mais de um milênio de observações e um kit de ferramentas significativamente mais poderoso, Pesquisadores ligados à Terra usam alguns dos computadores mais avançados do mundo para juntar os mecanismos internos desses fenômenos celestes e o papel que eles desempenham na criação dos elementos.

p "O problema fundamental da astrofísica, em comparação com outros campos da física, é que não podemos projetar nossos experimentos, "disse Raph Hix, um astrofísico computacional do Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia. "A Mãe Natureza realiza periodicamente um experimento em nossa opinião, e corremos para coletar todas as informações que pudermos. "

p Hix e outros astrofísicos ORNL constroem modelos usando supercomputadores de última geração para simular o colapso e a explosão de estrelas massivas com mais de dez vezes a massa do nosso sol e entender como as supernovas criam novos elementos químicos através de um processo conhecido como nucleossíntese.

p "O trabalho de modelagem, especialmente em astrofísica, é construir um modelo que corresponda às observações, então podemos fazer um mergulho profundo e olhar para os detalhes do evento que são impossíveis de ver porque a explosão está acontecendo a um megaparsec de distância e estamos presos em um local, "Hix disse.

p Para ajudar a superar a percepção limitada imposta por grandes distâncias, os astrofísicos contam com uma infinidade de dados observacionais e experimentais para comparar a esses modelos multidimensionais da física de uma supernova. As observações incorporam fotometria e espectros coletados de óptica, ultravioleta, Telescópios de raios X e gama, e até mesmo incluir dados sobre assinaturas isotópicas obtidas a partir do estudo de pedaços de poeira estelar extraídos de meteoritos, conhecidos como grãos presolares, criado em explosões antes da formação de nosso sistema solar. Ao comparar os modelos com esta miríade de observações, Hix e seus colegas são capazes de explorar o processo de nucleossíntese e como as supernovas ajudaram a criar os elementos pesados ​​e isótopos ao nosso redor.

p "No fim do dia, Sempre volto à formação dos elementos. Entender como isso acontece é irracionalmente fascinante para mim, "Hix disse.

p Esse fascínio começou durante seu tempo na Universidade de Maryland, onde se formou em física, astronomia e matemática. Antes da palestra um dia, Hix começou a ler sobre a origem dos elementos e ficou extasiado com a forma como eles foram formados e percorreram o cosmos.

p "O oxigênio que você está respirando agora veio até nós porque uma estrela 15 ou 20 vezes a massa do Sol se explodiu em pedaços, "ele disse." É uma conexão muito pessoal com o universo. "

p Hix foi fisgado desde então, e seu interesse em nucleossíntese continuou através de seu trabalho de graduação em Harvard e seu período de pós-doutorado no Texas antes de ingressar no ORNL em 1997. Hoje, ele é o líder do Grupo de Física Teórica do laboratório, que engloba a astrofísica e a teoria da estrutura nuclear.

p "Se você quiser entender como as supernovas criam elementos, é melhor você ter os melhores modelos de supernova que puder, "disse ele." Vim para o ORNL para aprender mais sobre supernovas e usar o que sei sobre nucleossíntese e radionúcleos juntos. "

p ORNL se destacou porque não se tratava apenas de teoria e alguns dos melhores ativos computacionais do mundo, Hix disse, mas também tinha experimentalistas na Hollifield Radioactive Ion Bean Facility interessados ​​na nucleossíntese que estavam abertos à colaboração.

p "Foi uma ótima sinergia ter teoria e experimentalistas juntos e estar em um lugar que realmente valorizava esse tipo de astrofísica, "disse ele." O ecossistema de matemáticos aplicados, ciências computacionais e todos os diferentes tipos de especialização que você pode acessar caminhando pelo corredor são um fator realmente positivo para o tipo de trabalho que estamos fazendo aqui. "

p Um ecossistema desse tamanho é necessário para modelar algo tão massivo e infinitamente complexo como uma explosão de supernova. Existe uma grande variedade de microfísica que abrange todos os aspectos dos modelos, Hix disse, dados de física atômica e taxas de reação nuclear que devem ser medidas em laboratórios, dados essenciais para calcular os modelos e interpretar os espectros coletados pelos telescópios.

p "As supernovas são basicamente um circo multifísico. É demais para qualquer pessoa manter tudo isso em sua cabeça, "ele disse." É preciso uma aldeia para fazer um modelo de supernova. "

p Quando o Hix chegou pela primeira vez ao ORNL, os modelos existentes apenas simulavam a formação da estrela de nêutrons no coração de uma supernova, mas não conseguiu produzir explosões de supernova bem-sucedidas. Mesmo até cerca de 10 anos atrás, ele disse, os melhores modelos de supernovas do mundo ainda eram apenas fatias bidimensionais.

p "Imagine uma fatia de uma laranja e calcule apenas a fatia, em seguida, suponha que todas as outras partes da laranja são como essa cunha, " ele disse.

p Nas últimas duas décadas, astrofísicos computacionais trabalharam para criar modelos multidimensionais mais sofisticados que combinariam com as observações e permitiriam que explorassem o processo de nucleossíntese. Hoje, os computadores modernos podem fazer simulações tridimensionais completas com a mesma quantidade de física em uma escala cada vez mais longa.

p "As diferenças são significativas, como você pode imaginar, porque você acaba com uma estrela completamente perturbada, e replicar uma cunha dele em toda a volta não tem todos os graus de liberdade, "Hix disse.

p Com computadores maiores e mais rápidos, os astrofísicos poderiam se dar ao luxo de incluir uma física mais completa e melhorar a dimensionalidade e a resolução do modelo. Tradicionalmente, os modelos simulam apenas o primeiro meio segundo da explosão, enquanto as versões mais recentes podem funcionar por muito mais tempo e integrar física melhor, como transporte aprimorado de neutrinos e hidrodinâmica tridimensional.

p "Essas são apenas as peças da física que já sabemos que precisamos, muito menos os outros que ainda não encontramos, "Hix disse.

p Assim como é preciso uma vila para construir um modelo, é necessária uma comunidade internacional para torná-los melhores. A astrofísica é um campo global, Hix disse, com modeladores trabalhando com outros teóricos, experimentalistas, matemáticos, astrônomos e cientistas da computação para obter novos dados e resolver os problemas aparentemente intratáveis ​​uns dos outros.

p "Você tem a sensação de que está contribuindo para o conhecimento humano da forma mais ampla possível, "disse ele." Por mais que a pesquisa seja sobre descobrir coisas que ninguém sabe, metade do processo é sobre contar ao mundo, porque se você sabe disso e ninguém mais sabe, você ainda não terminou. "

p Hix faz sua parte para aumentar a comunidade de pesquisa por meio de seu trabalho com alunos e pesquisadores em início de carreira como membro do corpo docente da Universidade do Tennessee. Ele gosta de ensinar, ele disse, por causa da curiosidade e do entusiasmo dos alunos novos no campo e de ver esses alunos crescerem e se tornarem pesquisadores sofisticados, capazes de ensiná-lo algo novo. São aqueles momentos de orientação - liderar grupos de estagiários no laboratório, ajudar alunos de pós-graduação com sua dissertação - o que muitas vezes dá a Hix a maior sensação de realização.

p "Cada aluno que mando para o mundo significa, em algum sentido, Estou fazendo mais ciência, "disse ele." É afastar a escuridão da ignorância, de não entender nosso problema específico ou outros problemas que esses alunos optam por atacar. "