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Illuminating neutron stars with radiative plasma physics

Description du projet

Un cadre informatique unifié pour comprendre l’émission de lumière des étoiles à neutrons

Les étoiles à neutrons, denses vestiges d’étoiles massives, sont à l’origine de certains des phénomènes les plus déroutants de l’astrophysique, notamment les émissions radio des pulsars, les rayons X des fusions d’étoiles à neutrons et les rayons gamma des éruptions de magnétars. Malgré leur importance, ces mécanismes d’émission restent mal compris faute d’une théorie unifiée qui combine la physique des plasmas et les processus radiatifs. Le projet ILLUMINATOR, financé par le CER, entend combler cette lacune en exploitant des supercalculateurs exascales pour simuler la physique radiative du plasma des étoiles à neutrons. Le projet va notamment créer des modèles 3D de plasmas radiatifs autour des pulsars et une boîte à outils de simulation libre pour la modélisation haute-fidélité des astroplasmas. Ces avancées permettront de clarifier les phénomènes d’émission, de tester la physique nucléaire moderne et de mieux comprendre les environnements les plus extrêmes de l’univers.

Objectif

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.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2023-STG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

HELSINGIN YLIOPISTO
Contribution nette de l'UE
€ 2 211 196,00
Adresse
FABIANINKATU 33
00014 Helsinki
Finlande
Région
Manner-Suomi Helsinki-Uusimaa Helsinki-Uusimaa
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 2 211 196,00

Bénéficiaires (1)