Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 21.08.2017

Scroll to top

Top

Нет комментариев

Ученые пытаются моделировать уничтожение звезды в черной дыре

Ученые пытаются моделировать уничтожение звезды в черной дыре
shortstoryf

Представьте себе ситуацию: где-то в космическом пространстве спокойно живет своей жизнью обычная галактика, в ее спиральных рукавах зарождаются и умирают звезды, и идут другие космические процессы. И вдруг, внезапно в центре галактики возникает очень яркая вспышка света. Не стоит волноваться, это всего лишь черная дыра уничтожила очередную звезду, которая неосторожно подошла к ней слишком близко, а вспышка света обусловлена мгновенным повышением температуры оболочки звезды, уносимой гравитацией в ядро черной дыры. Ученые из Технологического института Джорджии с помощью суперкомпьютера попытались понять, а, в последствии, и предсказать явление поглощения звезд черными дырами.

Главный вопрос, которые задавали себе исследователи, был следующим: во вселенной находятся сотни миллиардов галактик, можно ли для них всех выделить какие-то общие черты гибели звезды в черной дыре? Как бы эта вспышка выглядела, одинаковой для всех или нет? Как можно отличить такое событие от других явлений такого же галактического масштаба (например, взрыв сверхновой)? В последние десятилетия, по мере развития телескопов и методов наблюдений с помощью них, появилась возможность быстрее изучать вселенную и заглядывать еще дальше в нее. В связи с этим и увеличилось число доступных для изучения галактик. Тогда ученые стали замечать, что некоторые галактики, которые ранее выглядели обыкновенными и не проявляли какой-то посторонней активности, внезапно вспыхивают, и вспышка приходит из самого центра.

«Черные дыры сами по себе не излучают свет. Все, что мы можем — обнаружить их деятельность в отдаленных галактиках в момент когда они взаимодействуют со звездами и межзвездным газом. У наблюдаемых вспышек света в ядрах галактик можно было четко проследить зависимость интенсивности излучения от времени. Вначале они очень ярки, а затем их яркость снижает по вполне определенному закону. Тогда астрономы смогли идентифицировать эти вспышки как гибель звезды в черной дыре. Она как бы говорит нам, что находится здесь», — Тамара Богданович, доцент физики в Технологическом институте Джорджии.

Для моделирования процессов поглощения звезды черной дырой были использованы два суперкомпьютера. Один из них Stampede находится в Техасском компьютерном центре, а второй Kraken, находящийся в Национальном центре вычислительных наук. Используя эти системы, ученые провели моделирование динамики гравитационных сил от черной дыры и переводили полученные результаты в числовые модели. Stampede and Kraken являются частью распределительной системы вычислений XSEDE (Extreme Science and Engineering Discovery Environment) — единственной работающей системы, которую используют в интерактивном режиме для распределения вычислительных мощностей.

Используя совместно теоретические и вычислительные методы, Богданович и ее команда пытались предсказать те события, которые могли бы дать сигнал о том, что совсем скоро черная дыра поглотит звезду. И такое событие нашли. Оно вызвано воздействием на звезду приливных сил, а сам процесс назвали приливным разрушением. Такие события исключительно хорошо наблюдаются как с земных так и с космических обсерваторий.

Гибель звезды

Процесс уничтожения звезды в черной дыре. Взгляд художника. Источник: NASA; S. Gezari (The Johns Hopkins University); and J. Guillochon (University of California, Santa Cruz)

Исследователи уже сумели выяснить, что галактика, подобная нашей, разрушает звезду в своей центральной черной дыре приблизительно раз в 10000 лет. Сам свет от вспышке исчезает всего лишь несколько лет спустя. Такая существенная разница между частотой возникновения и продолжительностью вспышки автоматически ставит на первый план проблему точного нахождения такого события и подчеркивает важность астрономических обзоров, которые фиксирует одновременно большое число галактик. До сих пор вообще удалось выявить лишь несколько десятков предполагаемых искомых событий из всех обнаруженных объектов, находящихся под воздействием приливного разрушения. Но ученые надеются, что с помощью данных от PanSTARRS, Galex, Palomar Transient Factory и некоторых будущих астрономических обзоров удастся преодолеть дефицит искомых объектов. Предполагается, что ученые смогут находить несколько сотен явлений уничтожения звезды в черной дыре. В свою очередь, это означает, что в будущем удастся смоделировать разрушение различных типов звезд.

Если удастся фиксировать хотя бы сотни таких событий в год, это сильно ускорит понимание астрофизиков о жизни черных дыр и звезд вокруг них, а так же определить некоторые ключевые аспекты галактической физики. А данные о разнообразии разрушаемых звезд позволит сказать хоть что-то о составе звездных групп в центрах галактик. Это даст общее представление о том, сколько там находится звезд главной последовательности, сколько красных гигантов, а сколько карликовых звезд. Так же это может сказать о возможных типах черных дыр и их свойствах.

Эволюция белого карлика

Эволюция белого карлика по мере того, как она поглощается черной дырой. Компьютерное моделирование. Источник: Tamara Bogdanović, Georgia Tech

Используя описанные выше наработки, исследователи смоделировали разрушение красного гиганта под воздействием черной дыры. Свои результаты они опубликовали в Астрофизическом Журнале, издаваемом в США. В статье говорится о наблюдении разрушения остатков ядра звезды, богатого гелием, которое, как предполагается когда-то было частью красного гиганта PS1-10jh, находящегося на расстоянии в 2.7 миллиарда световых лет от Земли. Ученые попытались описать последовательность событий этого явления и выделили необычные аспекты, связанные с этим, таких как отсутствие водородных линий в спектре PS1-10jh.

В качестве продолжения теоретических исследований и их «оцифровки» с помощью суперкомпьютеров Stampede и Kraken, команда провела моделирование на суперкомпьютере Keeneland, который находится в их родном университете. Это моделирование позволило восстановить цепь событий, во время которых звездное ядро, подобное разрушенным остаткам красного гиганта, эволюционировало под воздействием гравитационных потоков черной дыры.

«Вычисление запутанных процессов, протекающих между звездой и гравитационной силой черной дыры в рамках человеческой жизни возможно только с помощью суперкомпьютеров. Поскольку мы можем управлять этим экспериментом и повторить его, значит затем сможем выбрать нужный этап в моделировании и сразу перейти на него. Это в свою очередь поможет нам определить важные физические процессы, лежащие в основе этих взаимодействий», — Розанн Ченг из Центра релятивистской астрофизики.

В астрофизике существует много явлений, о которых мы можем получить представление только благодаря моделированию. Мы пока еще не можем стоять рядом с черной дырой и смотреть на то, как она аккумулирует вещество в аккреционном диске. Поэтому и используется компьютерная симуляция, чтобы узнать подробнее об этих удаленных и чрезвычайно критических местах. Одна из целей, которая сейчас стоит перед учеными, заключается в определении своеобразных подписей приливных разрушений, т.е. попытаться найти уничтожаемую звезду раньше, чем произойдет вспышка.

По информации Технологического института Джорджии.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

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