HPC-techniques for 3D modeling of resonance line polarization with PRD

Contesto socio-scientifico Oltre a essere assolutamente indispensabile per la vita sulla Terra, il Sole ha importanti effetti sul nostro pianeta, che vanno dalla sua influenza sul clima, all’impatto che eventi esplosivi ad alta energia, quali i brillamenti e le emissioni di massa coronale, possono avere sulla nostra società tecnologica. Se tali eventi si propagano verso la Terra, infatti, possono disturbare le telecomunicazioni, danneggiare i dispositivi elettronici a bordo dei satelliti, o essere pericolosi per gli astronauti, nonché per gli aerei in volo su rotte polari. Per questi motivi, lo studio del Sole viene portato avanti oggi con grande impegno economico da tutti i paesi più avanzati del mondo. Sebbene le nostre conoscenze sul Sole siano notevolmente migliorate durante gli ultimi decenni, vi sono ancora fondamentali problemi irrisolti, su cui i fisici solari discutono da anni. Tra questi ricordiamo il problema di comprendere in che modo la corona venga riscaldata fino a milioni di gradi, come venga accelerato il vento solare, o cosa inneschi i brillamenti e le emissioni di massa coronale (aspetto fondamentale per poter prevedere tali eventi, potenzialmente pericolosi). Oggi appare chiaro che una soluzione di questi problemi richieda una migliore comprensione dei processi fisici che hanno luogo in due sottili, e ancora poco compresi, strati dell’atmosfera solare: la cromosfera e la regione di transizione (la regione in cui la temperatura aumenta improvvisamente dalle poche migliaia di gradi della cromosfera ai milioni di gradi della corona). Gli ultimi studi hanno inoltre evidenziato come il campo magnetico sia un ingrediente fondamentale nella fisica di tali regioni. Sfortunatamente, però, la nostra conoscenza del magnetismo della cromosfera e della regione di transizione è ancora totalmente insoddisfacente, il che spiega l’urgenza di sviluppare nuovi metodi per la diagnostica dei campi magnetici in queste regioni. Obbiettivi Le informazioni sui campi magnetici presenti sugli oggetti astronomici sono codificate in una particolare proprietà della luce: il suo stato di polarizzazione. Al momento l’unico modo per ottenere informazioni riguardo i deboli campi magnetici della cromosfera e della regione di transizione è attraverso il confronto dei segnali di polarizzazione osservati in particolari righe spettrali con i risultati di calcoli teorici, eseguiti con l’ausilio di simulazioni numeriche dell’atmosfera del Sole. Purtroppo, tali calcoli, basati su sofisticate teorie quantistiche, sono estremamente complessi dal punto di vista computazionale. Questo progetto ha come obbiettivo lo sviluppo di nuovi metodi numerici ad alta prestazione che ci permettano di eseguire calcoli teorici della polarizzazione della luce solare, in modelli tridimensionali dell’atmosfera del Sole, superando alcune pesanti approssimazioni che è stato finora necessario considerare al fine di rendere il problema accessibile dal punto di vista computazionale.