Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 22.10.2017

Scroll to top

Top

Нет комментариев

Попытки создания трехмерной модели коллапсирующего ядра звезды

Попытки создания трехмерной модели коллапсирующего ядра звезды
shortstoryf

Что происходит, когда массивные звезды разрушаются? Один из возможных результатов — появление сверхновой с коллапсирующим ярдом. В настоящее время астрономы научились наблюдать за такими событиями и понимать, что происходит на поверхности звезды, когда она становится сверхновой. Однако, значительно более трудно узнать то, какие процессы протекают в этот момент в ее горячем, плотном ядре.

Астрофизики пытаются моделировать эти события, основанные на свойствах различных видов звезд и современных представлениях о фундаментальном взаимодействии массы и энергии. Однако, наблюдать эти явления современная наука еще не научилась, а у ученых теплиться надежда, что когда-нибудь они смогут подтвердить свои теории на видимых данных. В своей новой работе ученые из Калифорнийского технологического института представили трехмерную модель быстро вращающейся звезды с сильным магнитным полем, находящейся в процессе взрыва (коллапса). Ну, или хотя бы попытались это сделать.

Двумерная модель ядра

Двумерная модель коллапсирующего ядра. Видно образование двух идентичных джетов относительно оси симметрии. Источник: SXSCollaboration

Звезды с очень сильным вращением и одновременно сильным магнитным полем во вселенной сравнительно редки, они встречаются не чаще чем один раз среди сотни массивных звезд (массивными считаются звезды, которые по крайней мере в 10 раз тяжелее Солнца). Как утверждают ученые, когда такие звезды разрушаются, небольшие пертурбации вокруг оси их вращения могут заблокировать те процессы, которые обычно приводят к взрыву сверхновой звезды. Предыдущие модели взрыва быстровращающихся магнитных ядер звезд основывались на том, что они имеют почти идеальную симметрию вокруг оси вращения. Это были всего лишь двумерные модели, которые продемонстрировали, что разрушающиеся магнитные ядра, объединившись с быстрым вращением, выбрасывают материал в виде двух узких джетов вдоль оси симметрии. Это показано на изображении слева.

Представление о структуре вещества в ядре звезды в виде идеально-симметричного тела можно принять как упрощение исследуемого сценария взрыва, так как такое явление можно легко смоделировать на обычном компьютере. Для того, чтобы оценить ядро таким, каким его можно максимально реально представить, астрофизикам потребовалось бы трехмерное моделирование с помощью суперкомпьютера, состоящего из 20000 процессоров, способных выдавать 500 терабайт (500 триллионов байт) информации о процессах, которые можно наблюдать всего лишь приблизительно 200 миллисекунд.

Говорит Кристиан Отт, профессор теоретической физики: «Даже если бы мы работали по старинке и записывали свои расчеты на бумаге, нам приходилось бы учитывать малейшие волнения, которые могут вызвать неустойчивость в звездном ядре. Нет ничего идеального в природе. То, что мы поняли из предыдущих исследований: даже маленькая несимметричность может существенно повлиять на процесс коллапса ядра и дальнейший его взрыв в качестве сверхновой».

Когда астрофизики принялись за амбициозную задачу моделирования магниторотационных взрывов сверхновых в трех измерениях, для начала они ввели небольшую несимметрию в начальные условия, на уровне одного процента относительно оси вращения.

«Эту несимметрию можно сравнить с позвоночником. Как известно, он состоит из позвонков. Если один позвонок будет немного смещен, то он будет создавать больше давления на одну сторону и меньше на другую. Это, в свою очередь, заставляет межпозвоночное вещество больше скапливаться в области с меньшим давлением. То же самое мы сделали, когда ввели несимметричность относительно оси симметрии в нашей модели разрушающейся звезды».

Трехмерная модель звезды

Трехмерная модель коллапсирующего ядра звезды. В результате введенной несимметричности образовались два деформированных лепестка. Все это в сумме блокирует дальнейшее рождение звезды в виде сверхновой. Источник: SXSCollaboration

С таким небольшим искажением магнитного поля звезды, ее ядро все еще сосредоточено в середине, точно так же как и в симметричной модели. Но вместо того, чтобы выбросить два идеально похожих джета, вследствие искажения магнитного поля возникает неустойчивость. В результате этого возникают два асимметричных, деформированных лепестка, как это показано на снимке справа. Еще более примечательным является тот факт, что в такой трехмерной модели сверхновая звезда никогда не взорвется.

Сравнить эти два сеанса моделирования (двумерное и трехмерное) можно на опубликованном видео. В сравнении очень хорошо видны последствия воздействия даже не большой несимметричности в магнитном теле. В видео в течение двух минут показаны первые 186 миллисекунд смоделированного коллапса. Очень хорошо видно, что первые 20 миллисекунд две модели ведут себя одинаково, а затем, из-за введенной неустойчивости в трехмерное модели звездное ядро начинает искажаться и преграждает его путь к взрыву в виде сверхновой звезды. Неустойчивость в трехмерной модели приводит к колебанию вещества, сконцентрировано в центре ультраплотного и горячего ядра. Все это похоже на прото-нейтронную звезду. Когда материал начинает расширятся, то из-за искажения начинает «утекать» через неустойчивости (наподобие воды из дырявого садового шланга). На видео, области, в которых преобладает давление магнитного поля показаны желтым, области с нормальным давлением звездного газа — синие, красные и черные.

В отличие от двумерного осесимметричного моделирования, с джетами, вылетающими вдоль оси вращения, трехмерное моделирование привело к возникновению двух лепестков искривленного и чрезвычайно намагниченного материала, которые медленно расширяются и не демонстрируют признаков неуправляемого взрыва. Такое моделирование пока является лишь первой ласточкой. Для дальнейших экспериментов требуются новые более мощные суперкомпьютеры, способные решить поведение вещества на заключительном этапе коллапса ядра быстровращающейся магнитной звезды.

По информации Калифорнийского технологического института.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google