Simulating the signature of starspots in stellar oscillations

Wie seit schon einigen Jahrzehnten bekannt ist, werden akustische Oszillationen durch stellare Aktivität beeinflusst. Die globalen akustischen Moden in der Sonne weisen eine Variation mit dem 11-jährigen Sonnenzyklus auf. Ein ähnliches Phänomen konnte auch in anderen Sternen mit Hilfe von Asteroseismologie nachgewiesen werden. In dieser Arbeit erforsche ich den Einfluss von großen Sternflecken auf globale Oszillationen mit niedrigem Grad ℓ. Als wichtigstes Werkzeug benutze ich hierfür den GLASS Kode, der die Ausbreitung von linearen akustischen Wellen im Sterninneren in 3D simuliert. Zunächst habe ich das Problem der konvektiven Stabilisierung betrachtet, welches bei jedem linearen Oszillationskode im Zeitbereich auftritt. Ich präsentiere eine allgemeine Methode um konvektiv stabile Hintergrundsmodelle für ein vorgegebenes Sternmodell zu erzeugen. Dabei werden wichtige Eigenschaften des ursprünglichen Modells beibehalten, beispielsweise das hydrostatische Gleichgewicht. Ich schlage einen störungstheoretischen Ansatz vor, um das akustische Wellenfeld in dem ursprünglichen instabilen Sternmodell näherungsweise zu erlangen. Tests zeigen, dass für Moden mit niedrigem Grad ℓ und einer Frequenz um 3 mHz die korrigierten Frequenzen mit einer Genauigkeit von 1 μHz mit den exakten Werten übereinstimmen. Zweitens habe ich mit Hilfe des GLASS Kodes den Einfluss einer am Nordpol des Sterns lokalisierten Störung der Schallgeschwindigkeit auf radiale, dipolare und quadrupolare Oszillationsmoden untersucht. Diese Studie zeigt auf, dass die axialsymmetrischen Moden dadurch am stärksten beeinflusst werden und im Falle von großen Sternflecken können ihre Frequenzen nicht mit der linearen Theorie berechnet werden. Die Form der Eigenfunktionen der Moden weicht von reinen Kugelflächenfunktionen ab und werden mit Kugelflächenfunktionen mit unterschiedlichem Grad ℓ vermischt. Dies könnte die korrekte Identifikation der Moden in der spektralen Leistungsdichte beeinflussen. Drittens habe ich den beobachtbaren Einfluss eines großen Sternflecks auf Moden mit Grad ℓ betrachtet. Im Falle einer aktiven Region, die mit dem Stern rotiert (und sich nicht am Pol befindet), ist die Störung nicht stabil, wenn sie in einem Inertialsystem betrachtet wird. Der kombinierte Einfluss von Rotation und Sternfleck veranlasst jede Mode, in der beobachteten spektralen Leistungsdichte als (2ℓ + 1)² Peaks aufzutreten. Die Einhüllende der spektralen Leistungsdichte eines Multipletts ist also komplex und hängt von dem Breitengrad ab, wo sich die aktive Region befindet, und vom Inklinationswinkel des Sterns. Ich berechne die spektrale Leistungsdichte für einige Beispiele sowohl mit Störungstheorie als auch mit Hilfe von GLASS. Diese Arbeit soll dazu beitragen, die spektrale Leistungsdichte von oszillierenden Sternen, die Sternflecken aufweisen, zu interpretieren

Fast magnetic reconnection: The "ideal" tearing instability in classic, Hall, and relativistic plasmas

Magnetic reconnection is believed to be the driver of many explosive phenomena in Astrophysics, from solar to gamma-ray flares in magnetars and in the Crab nebula. However, reconnection rates from classic MHD models are far too slow to explain such observations. Recently, it was realized that when a current sheet gets sufficiently thin, the reconnection rate of the tearing instability becomes "ideal", in the sense that the current sheet destabilizes on the "macroscopic" Alfv\'enic timescales, regardless of the Lundquist number of the plasma. Here we present 2D compressible MHD simulations in the classical, Hall, and relativistic regimes. In particular, the onset of secondary tearing instabilities is investigated within Hall-MHD for the first time. In the frame of relativistic MHD, we summarize the main results from Del Zanna et al. [1]: the relativistic tearing instability is found to be extremely fast, with reconnection rates of the order of the inverse of the light crossing time, as required to explain the high-energy explosive phenomena.Comment: 12 pages, 6 figures, submitted to the Proceedings of the 12th International Conference on Numerical Modeling of Space Plasma Flows (ASTRONUM-2017

Histidine 21 is at the NAD+ binding site of diphtheria toxin.

Treatment of fragment A chain of diphtheria toxin (DT-A) with diethylpyrocarbonate modifies His-21, the single histidine residue present in the chain, without alteration of other residues. Parallel to histidine modification, NAD+ binding and the NAD-glycohydrolase and ADP-ribosyltransferase activities of DT-A are lost. Both NAD+ and adenosine are very effective in protecting DT-A from histidine modification and in preserving its biological properties, while adenine is ineffective. Reversal of histidine modification with hydroxylamine restores both NAD+ binding and enzymatic activities of the toxin. The possible role of His-21 in the activity of diphtheria toxin is discussed in relation to the available three-dimensional structure of the related toxin produced by Pseudomonas aeruginosa

A GPU-Accelerated Modern Fortran Version of the ECHO Code for Relativistic Magnetohydrodynamics

The numerical study of relativistic magnetohydrodynamics (MHD) plays a crucial role in high-energy astrophysics, but unfortunately is computationally demanding, given the complex physics involved (high Lorentz factor flows, extreme magnetization, curved spacetimes near compact objects) and the large variety of spatial scales needed to resolve turbulent motions. A great benefit comes from the porting of existing codes running on standard processors to GPU-based platforms. However, this usually requires a drastic rewriting of the original code, the use of specific languages like CUDA, and a complex analysis of data management and optimization of parallel processes. Here we describe the porting of the ECHO code for special and general relativistic MHD to accelerated devices, simply based on native Fortran language built-in constructs, especially 'do concurrent' loops, few OpenACC directives, and the straightforward data management provided by the Unified Memory option of NVIDIA compilers.Thanks to these very minor modifications to the original code, the new version of ECHO runs at least 16 times faster on GPU platforms compared to CPU-based ones. The chosen benchmark is the 3D propagation of a relativistic MHD Alfv\'en wave, for which strong and weak scaling tests performed on the LEONARDO pre-exascale supercomputer at CINECA are provided (using up to 256 nodes corresponding to 1024 GPUs, and over 14 billion cells). Finally, an example of high-resolution relativistic MHD Alfv\'enic turbulence simulation is shown, demonstrating the potential for astrophysical plasmas of the new GPU-based version of ECHO.Comment: Accepted for publication on Fluids, MDPI, 17 page