Це одна з найінтенсивніших і найжорстокіших з усіх подій у космосі - супернова. Використовуючи складні комп’ютерні симуляції, вони змогли створити тривимірні моделі, які показують фізичні ефекти - інтенсивні та насильницькі рухи, що виникають, коли зоряну речовину втягують всередину. Це сміливий новий погляд на динаміку, яка відбувається, коли зірка вибухає.
Як ми знаємо, зіркам, які мають вісім-десять разів перевищує масу Сонця, судилося закінчити своє життя під час масового вибуху, гази вибухали в космос з неймовірною силою. Ці катаклізмні події є одними з найяскравіших і найпотужніших подій у Всесвіті і можуть затьмарити галактику, коли вони відбудуться. Саме цей процес створює важливі для життя елементи, як ми це знаємо, - і зародки нейтронних зірок.
Нейтронні зірки - загадка для себе. Ці високо компактні зоряні залишки містять у 1,5 рази більше маси Сонця, але вони стиснуті до розміру міста. Це не повільне стискання. Це стиснення відбувається, коли зоряне ядро випливає з інтенсивного тяжіння власної маси ... і це займає лише частку секунди. Чи може щось зупинити це? Так. Він має межу. Згортання припиняється при перевищенні щільності атомних ядер. Це порівняно з приблизно 300 мільйонами тонн, що стискаються в розмір цукрового кубика.
Вивчення нейтронних зірок відкриває цілий новий вимір питань, на які вчені хочуть відповісти. Вони хочуть знати, що викликає зоряний зрив і як імплозія зоряного ядра може повернутися до вибуху. В даний час вони теоретизують, що нейтрино може бути критичним фактором. Ці крихітні елементарні частинки створюються і виганяються в монументальній кількості під час процесу наднової і можуть дуже добре виступати в якості нагрівальних елементів, що запалюють вибух. За даними дослідницької групи, нейтрино могло б передавати енергію в зоряний газ, викликаючи нагромадження тиску. Звідти створюється ударна хвиля, і коли вона прискорюється, вона може зірвати зірку і викликати наднову.
Як би це правдоподібно не звучало, астрономи не впевнені, чи може ця теорія спрацювати чи ні. Оскільки процеси наднової неможливо відтворити в лабораторних умовах, і ми не в змозі безпосередньо побачити всередині наднових, нам доведеться просто розраховувати на комп'ютерне моделювання. Зараз дослідники мають можливість відтворити подію наднової зі складними математичними рівняннями, які повторюють рухи зоряного газу та фізичні властивості, що виникають у критичний момент розпаду ядра. Ці типи обчислень вимагають використання деяких найпотужніших суперкомп'ютерів у світі, але також можна було використовувати більш спрощені моделі для отримання однакових результатів. "Якщо, наприклад, вирішальні ефекти нейтрино були включені в якусь детальну обробку, комп'ютерне моделювання могло бути виконано лише в двох вимірах, це означає, що зірка в моделях повинна була мати штучну обертальну симетрію навколо осі". - каже дослідницька група.
За підтримки Rechenzentrum Garching (RZG) вчені змогли створити в єдино ефективній та швидкій комп'ютерній програмі. Вони також отримали доступ до найпотужніших суперкомп'ютерів та комп’ютерної нагороди за майже 150 мільйонів процесорних годин, що є найбільшим контингентом досі, наданим ініціативою Європейського Союзу «Партнерство для розширених обчислень в Європі (PRACE)» Команда дослідників з Інституту астрофізики Макса Планка (GA) вперше змогла вперше моделювати процеси в зірках зірок у трьох вимірах і зі складним описом усієї відповідної фізики.
"Для цього ми використовували майже 16000 ядер процесора в паралельному режимі, але все одно для однієї моделі було потрібно близько 4,5 місяців безперервного обчислення", - каже докторант Флоріан Хенке, який виконував моделювання. Лише два обчислювальні центри в Європі змогли забезпечити достатньо потужні машини за такі тривалі періоди часу, а саме CURIE в ТРЦ Grand Center de calcul (TGCC) du CEA поблизу Парижа та SuperMUC в Лейбніц-Реченцентрум (LRZ) у Мюнхені / Garching.
Враховуючи кілька тисяч мільярдів байтів даних імітації, пройшло певний час, перш ніж дослідники змогли повністю зрозуміти наслідки їх модельної роботи. Однак те, що вони побачили, піднесло їх і здивувало. Зоряний газ працює так, як звичайна конвекція, при цьому нейтрино керує процесом нагріву. І це ще не все ... Вони також знайшли сильні рухи, які швидко змінюються на обертальні. Така поведінка спостерігалася раніше і називалась нестабільною ударною нестабільністю. Згідно з випуском новин, "Цей термін виражає той факт, що початкова сферичність ударної хвилі наднової спонтанно порушується, тому що удар розвивається з великою амплітудою, пульсуючими асиметріями коливальним ростом спочатку невеликих випадкових збурень насіння. Поки що це було виявлено лише у спрощених та неповних моделюваннях моделей ».
«Мій колега Тьєррі Фогліццо в службі Astrophysique des CEA-Saclay поблизу Парижа отримав детальне розуміння умов зростання цієї нестабільності», - пояснює Ганс-Томас Янка, керівник дослідницької групи. "Він сконструював експеримент, в якому гідравлічний стрибок кругового потоку води виявляє пульсаційні асиметрії, близькі аналогії до ударного фронту в руйнуючому речовині ядра наднової". Динамічний процес, відомий як аналог мінливої води ударної нестабільності, динамічний процес може бути продемонстрований в менш технічній формі, усуваючи важливі ефекти нагрівання нейтрино - причина, яка змушує багатьох астрофізиків сумніватися в тому, що зірки, що розвалюються, можуть пережити цей тип нестабільності. Однак нові моделі комп’ютерів здатні продемонструвати нестабільність постійного прискорення.
"Він не тільки керує масовими рухами в ядрі наднової, але й накладає характерні підписи на випромінювання нейтрино та гравітаційної хвилі, які можна виміряти для майбутньої галактичної наднової. Більше того, це може призвести до сильних асиметрій зоряного вибуху, в ході якого новоутворена нейтронна зірка отримає великий удар і віджимання », - описує член команди Бернхард Мюллер найбільш значні наслідки таких динамічних процесів у ядрі наднової.
Ми закінчили дослідження наднової? Чи ми розуміємо все, що потрібно знати про нейтронні зірки? Не важко. В даний час вчений готовий продовжити свої дослідження вимірюваних ефектів, пов'язаних із SASI, та уточнити свої прогнози пов'язаних сигналів. В майбутньому вони продовжать своє розуміння, проводячи все більш тривалі симуляції, щоб виявити, як нестабільність та нейтрино нагрівання реагують разом. Можливо, одного дня вони зможуть показати це відношення як спусковий механізм, який розпалює вибух наднової та запускає нейтронну зірку.
Оригінальне джерело історії: Випуск Інституту Макса Планка з питань астрофізики.
