Вселенная сегодня


Новости космоса и астрономии



Всемирное координированное время (UTC): Среда, 18.10.2017, 15:45

Вселенная Сегодня » 2013 » Июль » 2 » Нейтронные звезды: катастрофическая концепция

02.07.2013
Нейтронные звезды: катастрофическая концепция
Автор: Tammy Plotner



Явление SWASI - это аналог нестабильности SASI, происходящей в ядре сверхновой, но это в один миллион раз меньше и в 100 раз медленнее, чем у его астрофизического коллеги. Фото принадлежит: Thierry Foglizzo, Laboratoire AIM Paris-Saclay, CEA.

Сверхновая - это одно из самых сильных и жестоких событий в космосе. Теперь команда исследователей в Институте Астрофизики Макса Планка бросает очень специализированный взгляд на образование нейтронных звезд в центре разрушающихся звезд. Через использование сложного компьютерного моделирования они смогли создать трехмерные модели, которые показывают физическое воздействие - интенсивные и резкие движения, которые происходят, когда звездная материя притягивается вовнутрь. Это смелый новый взгляд на динамику, которая происходит, когда взрывается звезда.

Как мы знаем, звезды, которые имеют массу в 8-10 раз больше массы Солнца, обречены на окончание своих жизней в массивном взрыве, газы, выдуваемые в космос с невероятной силой. Эти катастрофические события находятся среди самых ярких и самых мощных событий во Вселенной и могут затмевать галактику, когда происходят. Этот тот самый процесс, который создает элементы, важные для жизни, какой мы ее знаем - и начала нейтронных звезд.

Нейтронные звезды являются тайной сами по себе. Эти очень компактные звездные остатки содержат в 1.5 раза больше массы Солнца, все же сжаты до размеров города. Это не медленное сжатие. Это сжатие происходит, когда звездное ядро взрывается от сильной гравитации своей собственной массы... и требуются всего лишь доли секунды. Может ли что-то остановить это? Да, есть предел. Разрушение прекращается, когда превышается плотность атомного ядра. Что сравнимо с 300 миллионами тонн, сжатыми во что-то размером с кубик сахара.

Изучение нейтронных звезд открывает совсем новое измерение вопросов, на которые ученые стремятся ответить. Они хотят знать, что вызывает звездное разрушение, и как может сокращение звездного ядра привести к взрыву. В настоящее время они предполагают, что нейтрино могут быть важным фактором. Эти крошечные элементарные частицы создаются и удаляются в монументальных количествах в течение процесса сверхновой и могут вполне действовать как нагревающие элементы, которые запускают взрыв. Согласно исследовательской команде, нейтрино могли бы передавать энергию в звездный газ, заставляя его наращивать давление. Отсюда, создается ударная волна, и поскольку она ускоряется, она могла бы разорвать звезду и вызвать сверхновую.

Насколько правдоподобно это может звучать, астрономы не уверены, могла бы работать эта теория или нет. Потому что процесс сверхновой нельзя воссоздать в лабораторных условиях, и мы не способны напрямую видеть внутреннюю часть сверхновой, мы просто должны полагаться на компьютерное моделирование. Прямо сейчас, исследователи могут воссоздать сверхновую с помощью сложных математических уравнений, которые копируют движение звездного газа и физические свойства, которые происходят в критический момент разрушения ядра. Эти типы вычислений требуют использование одних из самых мощных суперкомпьютеров в мире, но также возможно использовать более упрощенные модели для получения таких же результатов. "Если, например, решающее влияние нейтрино было включено в кое-какую подробную обработку, компьютерное моделирование можно бы было выполнить только в двух измерениях, что означает, что звезда в этих моделях, как предполагают, имеет искусственное вращение вокруг оси симметрии", сообщила исследовательская команда.

При поддержке Rechenzentrum Garching (RZG), ученые смогли создать сингулярно эффективную и быструю компьютерную программу. Им также предоставили доступ к самым мощным суперкомпьютерам и наградили компьютерным временем почти в 150 миллионов процессорных часов, что является самой большой квотой, до сих пор предоставленной "Partnership for Advanced Computing in Europe (PRACE)" Европейского Союза, команда исследователей в Институте Астрофизики Макса Планка в Garching могла бы теперь впервые моделировать процессы разрушения звезд в трех измерениях и с подробным описанием всей соответствующей физики.

"Для этой цели мы использовали почти 16000 процессорных ядер в параллельном режиме, но тем не менее "прогон" отдельной модели требует около 4.5 месяцев непрерывных вычислений", сообщает аспирант Florian Hanke, который выполнял это моделирование. Только два компьютерных центра в Европе смогли предоставить достаточно мощные машины на такой долгий период времени, а именно CURIE в Très Grand Centre de calcul (TGCC) du CEA около Парижа и SuperMUC в Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) в Мюнхене/Garching.

Турбулентная эволюция нейтронной звезды для шести моментов времени (0.154, 0.223, 0.240, 0.245, 0.249 и 0.278 секунды) после начала образования нейтронной звезды в трехмерном компьютерном моделировании. Пузыри, похожие на грибы, являются характерными для "кипения" газа, нагретого нейтрино, тогда как одновременно нестабильность SASI вызывает дикие шлепающие и вращательные движения целого слоя, нагретого нейтрино (красный), и обволакивающей ударной волны сверхновой (синий). Фото предоставлено: Elena Erastova и Markus Rampp, RZG.

Учитывая несколько тысяч миллиардов байтов данных для моделирования, требуется некоторое время, прежде чем исследователи смогли бы полностью понять значение прогонов модели. Тем не менее, то, что они видели, как привело их в восторг, так и удивило их. Звездный газ функционировал в манере, очень похожей на обычную конвекцию, с нейтрино, управляющими процессом нагревания. И это еще не все... Они также обнаружили сильные шлепающие движения, которые скоротечно переходят к вращательным движениям. Это поведение наблюдали прежде и назвали Standing Accretion Shock Instability (SASI, Постоянное Наращивание Ударной Нестабильности). Согласно новостному релизу, "Этот термин выражает факт, что начальная шарообразность ударной волны сверхновой спонтанно разрушается, потому что ударная волна развивает большую амплитуду, пульсирующую асимметрию колебательным ростом первоначально маленьких, случайных зародышевых возмущений. До сих пор, тем не менее, это было обнаружено только в упрощенном и неполном моделировании".

"Мой коллега Thierry Foglizzo в Service d’ Astrophysique des CEA-Saclay около Парижа получил детальное понимание условий роста этой нестабильности", объясняет Hans-Thomas Janka, глава исследовательской команды. "Он построил эксперимент, в котором гидравлический скачок в круговом потоке воды показывает пульсирующую асимметрию в тесной аналогии с фронтом ударной волны в разрушающейся материи ядра сверхновой". Известный как Shallow Water Analogue of Shock Instability, динамический процесс можно продемонстрировать в менее технической манере устранением важного влияния нагревания нейтрино - причина, которая заставляет многих астрофизиков сомневаться, что разрушающиеся звезды могут пройти через этот тип нестабильности. Тем не менее, новые компьтерные модели могут продемонстрировать, что Standing Accretion Shock Instability - это важный фактор.

"Это не только управляет движением массы в ядре сверхновой, но и навязывает характерные сигнатуры эмиссии нейтрино и гравитационной волны, которые будут измеримыми для будущей Галактической сверхновой. Более того, это может привести к сильной асимметрии звездного взрыва, из которого вновь образовавшаяся нейтронная звезда получит хороший толчок и спин (вращение вокруг оси)", описывает член команды Bernhard Müller самые важные последствия таких динамических процессов в ядре сверхновой.

Закончили ли мы с исследованием сверхновой? Поняли ли тут мы все, что известно о нейтронных звездах? Почти нет. В настоящее время, ученые готовятся к дальнейшим исследованиям измеримых эффектов, связанных с SASI, и усовершенствованием своих прогнозов связанных сигналов. В будущем они будут способствовать своему пониманию, выполняя все больше и больше моделирований, чтобы раскрыть, как действуют вместе нагревание нейтрино и нестабильность. Вероятно однажды, они смогут показать, что эта связь является спусковым механизмом, который запускает взрыв сверхновой и дает начало нейтронной звезде.

Источник: Max Planck Institute for Astrophysics News Release.


Название прочитанной вами статьи "Нейтронные звезды: катастрофическая концепция".

Похожие статьи:
Категория: Астрономические открытия | Просмотров: 1769 | Теги: Нейтрино, Звезды, Standing Accretion Shock Instabilit, нейтронные звезды, Shallow Water Analogue of Shock Ins | Рейтинг: 0.0/0
Читайте также:
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]