在20世纪的大部分时间里，天文学家一直在搜寻超新星的天空-大质量恒星的爆炸性死亡-及其残余物，以寻找有关祖细胞，导致其爆炸的机制以及过程中产生的重元素的线索。实际上，这些事件创造了大多数宇宙元素，这些元素继续形成新的恒星，星系和生命。

由于实际上没有人能近距离看到超新星，因此研究人员依靠超级计算机模拟为他们提供了激发和驱动该事件的物理学的见解。这是有史以来第一次，由国际天文学家组成的团队模拟了超发光超新星的三维（3-D）物理学，其发光强度是典型超新星的约100倍。他们使用劳伦斯伯克利国家实验室（Berkeley Lab's）的CASTRO代码和国家能源研究科学计算中心（NERSC）的超级计算机实现了这一里程碑。描述他们工作的论文发表在《天体物理学杂志》上。

天文学家已经发现，当一颗超新星的中心处有一个磁星（磁场强度比地球强万亿倍）的恒星快速旋转的尸体时，就会发生这些超光事件。磁星发出的辐射是超新星发光度的放大。但是要了解这种情况是如何发生的，研究人员需要进行多维模拟。

该论文的主要作者，中国科学院天体物理学家陈晨（Ken Chen）说：“要进行磁动力超新星的3D模拟，您需要大量的超级计算能力和正确的代码，以捕获相关的微观物理学。”台湾天文与天体物理研究所（ASIAA）。

他补充说，捕获3-D中这些超发光事件的流体不稳定性所需的数值模拟非常复杂，并且需要大量的计算能力，这就是为什么以前没有人这样做的原因。

我们周围到处都有流体的不稳定性。例如，如果您有一杯水，并在上面放一些染料，水的表面张力将变得不稳定，而较重的染料将沉入底部。由于两种流体相互移动，因此无法在一维中捕获这种不稳定性的物理原理。您需要垂直于高度的第二或第三维，以查看所有不稳定性。在宇宙尺度上，导致湍流和混合的流体不稳定性在诸如星系，恒星和超新星等宇宙物体的形成中起着至关重要的作用。

“您需要以极高的分辨率捕获从非常大到很小的一系列尺度的物理学，以准确地模拟诸如超发光超新星等天体物理物体。这对天体物理学家构成了技术挑战。我们能够通过克服这一难题来解决这一问题。新的数值方案和NERSC的数百万个超级计算小时，” Chen说。

对于这项工作，研究人员模拟了一个大约150亿公里宽的超新星遗迹，内部有一个10公里宽的磁雷达。在该系统中，仿真显示残余材料中的水动力不稳定性在两个尺度上形成。一种不稳定性是在磁石激发的热气泡中，另一种是当年轻的超新星的前向冲击作用于周围的气体时发生的。

Chen说：“这两种流体的不稳定性都比典型的超新星事件引起的混合更多，这对超发光超新星的光曲线和光谱有重大影响。这些都不会在一维模型中捕获。” 。

他们还发现，磁星可以加速从年轻超新星喷出的钙和硅元素的速度，达到每秒12,000公里，这是光谱观察中它们扩大的发射线的原因。而且即使来自弱磁星的能量也可以将位于超新星残骸深处的铁族元素加速到每秒5,000至7,000公里，这解释了为什么在像SN 1987A这样的核坍塌超新星事件中就早发现了铁。这一直是天体物理学中的一个长期谜团。

Chen说：“我们是第一个以3-D精确建模超发光超新星系统的模型，因为我们很幸运能够使用NERSC超级计算机。” “该设施是进行尖端科学的极为方便的地方。”