奥斯汀德克萨斯大学的豪尔赫·萨拉扎 ‘银河考古’是指对第二代恒星的研究，以了解第一代恒星的物理特征，这些恒星在大爆炸后仅数千万年就消失了
一项计算物理研究首次模拟了无金属恒星的微弱超新星，产生了恒星形成的碳增强丰度模式
13太阳质量原始模型在时间(左右)0时的密度、温度和碳丰度切片
41, 15
22和29
超新星爆炸后1600万年，在一个2 kpc的盒子里
信用:Chiaki等
还没有人发现第一颗恒星
据推测，它们是在宇宙大爆炸后大约1亿年，由氢、氦和微量轻金属等原始气体在宇宙黑暗中形成的
这些气体冷却、坍缩并点燃成比太阳大1000倍的恒星
恒星越大，它们燃烧得越快
第一批恒星可能只活了几百万年，大约13岁，是宇宙年龄的沧海一粟
80亿年
他们不太可能被观察到，迷失在时间的迷雾中
当第一批不含金属的恒星坍塌并爆炸成超新星时，它们锻造了碳等更重的元素，孕育了下一代恒星
第二种恒星被称为碳增强贫金属恒星
对天体物理学家来说，它们就像化石
它们的组成反映了来自第一批恒星的较重元素的核合成或融合
佐治亚理工学院物理学院相对论天体物理中心的博士后研究员Chiaki将军说:“我们可以通过间接测量从贫金属恒星的元素丰度中获得无金属恒星的质量分布。”
Chiaki是一项研究的主要作者，该研究发表在2020年9月出版的皇家天文学会月刊上
该研究首次模拟了无金属的第一颗恒星的微弱超新星，通过喷射出的碎片的混合和后退，产生了碳增强的丰度模式
动画展示了50个太阳质量的第一代恒星超新星的碳和铁的富集过程
四个面板显示了密度、温度、碳和铁的丰度
首先，金属以几乎球形的方式分散在周围区域( 他们的模拟还显示，碳质颗粒引发了所产生的气体云的碎裂，导致了低质量的“缺乏千兆金属”恒星的形成，这些恒星可以存活到今天，并可能在未来的观测中被发现
“我们发现，与观测到的铁含量只有太阳的十亿分之一的碳增强恒星相比，这些恒星的铁含量非常低
然而，我们可以看到气体云的碎裂
这表明低质量恒星形成于低铁丰度区域
这样的恒星从未被观测过
我们的研究让我们对第一颗恒星的形成有了理论上的了解，”Chiaki说
怀斯和奇基的调查是一个名为“银河考古学”的领域的一部分
他们把它比作寻找地下文物，这些文物揭示了早已逝去的社会特征
对天体物理学家来说，早已消失的恒星的特征可以从它们的化石残骸中揭示出来
动画展示了由50个太阳质量的模拟超新星在一千光年范围内产生的热气泡
在中心，致密的气体云通过重力收缩再次形成
云可以缩小到几个天文单位
在最中央的区域，密集的团块是恒星的胚胎
动画显示，超新星爆发可以触发碳增强恒星的形成
信用:Chiaki等
“我们看不到第一代恒星，”该研究的合著者约翰·怀斯说，他也是佐治亚理工学院物理学院相对论天体物理中心的副教授
“因此，真正观察这些来自早期宇宙的活化石是很重要的，因为通过第一颗恒星超新星产生的化学物质，它们上面布满了第一颗恒星的指纹
" “这些老恒星有一些无金属恒星核合成的指纹
Chiaki说:“这对我们寻找早期宇宙中发生的核合成机制是一个提示。”
“这就是我们的模拟开始看到这种情况发生的地方
怀斯说:“运行模拟后，你可以看一部短片，看看金属来自哪里，第一批恒星及其超新星实际上是如何影响这些活到今天的化石的。”
科学家们首先模拟了他们的第一颗恒星的形成，被称为人口三或人口三恒星，并运行了三种不同的模拟，对应于它在13岁时的质量
5、50和80太阳质量
模拟解决了辐射转移的主要序列，然后在它死亡成为超新星之后
最后一步是演化出超新星喷出的分子云的坍缩，这涉及到由100个反应和50个物种(如一氧化碳和水)组成的化学网络
在tSN = 0时，质量Mpr = 13个太阳质量的原始模型的密度、温度和碳丰度切片
41最高产量研究(a栏)，15
22最高产量研究(b栏)，和29
超新星爆发后的16兆焦耳(c列)在一个盒子里，盒子的中心是MH的质心，边长2千米
信用:Chiaki等
大部分模拟运行在佐治亚理工学院计算机科学与工程学院集群上
他们还获得了美国国家科学基金会资助的极限科学与工程发现环境(XSEDE)的计算机拨款
德克萨斯高级计算中心(TACC)的踩踏事件2和圣地亚哥超级计算机中心(SDSC)的彗星通过XSEDE分配运行了一些主要的序列辐射传输模拟
“SDSC的XSEDE系统Comet和TACC的踩踏2速度非常快，并且有一个大的存储系统
他们非常适合进行我们的大型数值模拟，”Chiaki说
怀斯说:“因为踩踏事件2太大了，即使它必须容纳成千上万的研究人员，它对我们来说仍然是一个无价的资源。”
“我们不能只在佐治亚理工学院的本地机器上运行模拟
" Chiaki说，他对SDSC彗星上的快速排队也很满意
“在彗星上，我可以在提交工作后立即运行模拟，”他说
由国家科学基金会资助的XSEDE授予科学家访问德克萨斯州高级计算中心的踩踏2超级计算机(左)和圣地亚哥超级计算机中心的彗星超级计算机(中)的权限
作者利用了佐治亚理工学院计算机科学与工程学院蜂巢集群(右
学分:德克萨斯大学奥斯汀分校 怀斯从博士后开始使用XSEDE系统分配已经超过十年了
“没有XSEDE，我不可能完成我的研究
" XSEDE还通过扩展协作支持服务(ECSS)计划为研究人员提供专业知识，以充分利用他们的超级计算机分配
怀斯回忆说，几年前，他使用ECSS来提高恩佐自适应网格细化模拟代码的性能，他仍然使用该代码来解决恒星辐射和超新星的辐射传递
“通过ECSS，我在TACC和拉斯·科斯泰克一起工作，我发现他曾经在天体物理学领域工作
他和我一起把辐射传输解算器的性能提高了50%
他帮我分析代码，找出哪些循环花费的时间最多，以及如何通过重新排序一些循环来加快速度
怀斯说:“没有他的帮助，我想我不会意识到这一变化。”
怀斯还获得了TACC国家科学基金会资助的弗龙特拉系统的时间，这是世界上最快的学术超级计算机
“我们还没有在弗龙特拉全力以赴
但我们期待着使用它，因为这是一个更大、更有能力的资源
" 动画展示了50个太阳质量的第一代恒星超新星的碳和铁的富集过程
四个面板显示了密度、温度、碳和铁的丰度
首先，金属以几乎球形的方式分散在周围区域(& lt14 Myr爆炸后)
然后，金属在水平方向膨胀，而在垂直方向膨胀停止
最终，金属再次回到中心区域，在那里形成下一代恒星
信用:Chiaki等
怀斯补充道:“我们都在研发下一代恩佐
我们称之为恩佐-E，E代表夸张
这是圣迭戈超级计算机中心的计算机科学家詹姆斯·博德纳对恩佐的全部重写
到目前为止，它几乎完美地扩展到256，000个内核
那是在国家科学基金会的蓝色水域上运行的
我觉得他在Frontera上缩放到了同样的量，但是Frontera更大，所以我想看看能走多远
" 他说，不利的一面是，由于代码是新的，它还没有他们需要的所有物理知识
“我们已经走了三分之二的路程了，”怀斯说
他说，他还希望能够进入SDSC的新宇宙系统，该系统将在彗星退役后的一年左右取代它
怀斯说:“每个节点的计算内核数量是其他XSEDE资源的两倍多，这有望通过减少内核之间的通信时间来加快我们的模拟速度。”
根据Chiaki的说法，研究的下一步是扩展到古代恒星的碳特征之外
“我们想通过更大的模拟来扩大我们对其他类型恒星和一般元素的兴趣，”他说
Chiaki说:“这项研究的目的是了解元素的来源，如碳、氧和钙
这些元素集中在星际介质和恒星之间重复的物质循环中
我们的身体和地球是由碳、氧、氮和钙组成的
我们的研究对于理解构成我们人类的这些元素的起源非常重要
"
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