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Illuminating neutron stars with radiative plasma physics

Descrizione del progetto

Un quadro computazionale unificato per capire come le stelle di neutroni emettono luce

Le stelle di neutroni, ovvero i densi resti di stelle massicce, sono alla base di alcuni dei fenomeni più misteriosi dell’astrofisica, tra cui le emissioni radio delle pulsar, i raggi X delle fusioni di stelle di neutroni e i raggi gamma dei brillamenti delle magnetar. Nonostante la loro importanza, questi meccanismi di emissione rimangono perlopiù sconosciuti, poiché manca una teoria unificata che combini la fisica del plasma e i processi radiativi. Il progetto ILLUMINATOR, finanziato dal CER, si propone di colmare questa lacuna sfruttando i supercomputer su scala exa per simulare contemporaneamente la fisica radiativa del plasma delle stelle di neutroni. Le attività del progetto comprendono la creazione di modelli 3D di plasmi radiativi intorno alle pulsar e una serie di strumenti di simulazione open-source per la modellazione ad alta fedeltà degli astroplasmi. Questi progressi permetteranno di chiarire i fenomeni di emissione, metteranno alla prova la moderna fisica nucleare e forniranno approfondimenti sugli ambienti più estremi dell’universo.

Obiettivo

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.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

Vedi tutti i progetti finanziati nell’ambito di questo schema di finanziamento

Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2023-STG

Vedi tutti i progetti finanziati nell’ambito del bando

Istituzione ospitante

HELSINGIN YLIOPISTO
Contributo netto dell'UE
€ 2 211 196,00
Indirizzo
FABIANINKATU 33
00014 Helsinki
Finlandia
Regione
Manner-Suomi Helsinki-Uusimaa Helsinki-Uusimaa
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 2 211 196,00

Beneficiari (1)