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Illuminating neutron stars with radiative plasma physics

Projektbeschreibung

Einheitlicher Berechnungsrahmen für Lichtemission von Neutronensternen

Neutronensterne, die dichten Überreste massereicher Sterne, bilden die Ursache einiger der rätselhaftesten Phänomene der Astrophysik, darunter die Radiostrahlung von Pulsaren, die Röntgenstrahlung von Neutronensternverschmelzungen und die Gammastrahlung von Magnetareruptionen. Ungeachtet ihrer Bedeutung sind diese Emissionsmechanismen nur unzureichend verstanden, da es keine einheitliche Theorie gibt, die Plasmaphysik und Strahlungsprozesse miteinander kombiniert. Das Ziel des ERC-finanzierten Projekts ILLUMINATOR lautet, diese Lücke zu schließen, indem Exa-Supercomputer genutzt werden, um die Strahlungsplasmaphysik von Neutronensternen gleichzeitig zu simulieren. Zu den Projektaktivitäten gehören die Erstellung von 3D-Modellen von Strahlungsplasmen in der Umgebung von Pulsaren und ein quelloffenes Simulationswerkzeug zur hochgenauen Astroplasmamodellierung. Diese Fortschritte werden dazu beitragen, Emissionsphänomene aufzuklären, die moderne Kernphysik zu testen und tiefere Einblicke in die extremsten Umgebungen des Universums zu gewinnen.

Ziel

This research program will use first-principles radiative plasma simulations to understand how neutron stars radiate. Neutron stars are the culprits of the most infamous astrophysical emission enigmas: 1) pulsar radio emission, 2) multi-messenger signals of compact-object binary mergers, and 3) simultaneous generation of giant flares and fast radio bursts from magnetars. These emission mechanisms have remained elusive because we do not have a self-consistent theory that combines plasma physics (describing microscopic motions and energy dissipation of the magnetized gas) and radiative processes (describing the reprocessing of the energy into radiation).

This project combines the forefront plasma physics theory with exascale high-performance computing technologies to achieve two breakthroughs: 1) generation of first-principles 3D models of the radiative plasmas around pulsars, mergers, and magnetars; and 2) development of a novel open-source simulation toolkit for self-consistent and high-fidelity modeling of astroplasmas. These enable a quantitative understanding of the unsolved emission mechanisms (including efficiency, variability, and output spectra) and direct comparison to observations.

Analyzing astronomical observations with these superior physics-constrained models enable direct tests of their validity and a leap in improving the accuracy of the modern nuclear/particle physics theories of the still-unknown neutron star equation of state. The PI has a world-leading role in computational astroplasma physics, an established record of impactful and innovative research in the astrophysics of neutron stars, and 10 years of experience in state-of-the-art high-performance computing solutions.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

Schlüsselbegriffe

Programm/Programme

Thema/Themen

Finanzierungsplan

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

(öffnet in neuem Fenster) ERC-2023-STG

Alle im Rahmen dieser Aufforderung zur Einreichung von Vorschlägen finanzierten Projekte anzeigen

Gastgebende Einrichtung

HELSINGIN YLIOPISTO
Netto-EU-Beitrag
€ 2 211 196,00
Adresse
FABIANINKATU 33
00014 Helsinki
Finnland
Region
Manner-Suomi Helsinki-Uusimaa Helsinki-Uusimaa
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
Links
Gesamtkosten
€ 2 211 196,00

Begünstigte (1)