Tai vienas intensyviausių ir žiauriausių įvykių kosmose - supernova. Naudodamiesi sudėtingesnėmis kompiuterinėmis simuliacijomis, jie sugebėjo sukurti trimačius modelius, parodančius fizinį poveikį - intensyvius ir žiaurius judesius, atsirandančius, kai žvaigždžių materija traukiama į vidų. Tai drąsus ir naujas dinamikos, atsirandančios žvaigždei sprogus, žvilgsnis.
Kaip mes žinome, žvaigždėms, kurių Saulės masė yra aštuonis – dešimt kartų didesnė, lemta savo gyvenimą baigti didžiuliu sprogimu, o dujos į kosmosą pūtė neįtikėtina jėga. Šie kataklizminiai įvykiai yra vieni ryškiausių ir galingiausių Visatos įvykių ir, kai jie įvyksta, gali aplenkti galaktiką. Būtent šis procesas sukuria gyvybiškai svarbius elementus, kaip mes jį žinome, ir neutroninių žvaigždžių pradžią.
Neutronų žvaigždės yra mįslė sau. Šie labai kompaktiški žvaigždžių likučiai turi net 1,5 karto didesnę nei Saulės masę, tačiau yra suspausti iki miesto dydžio. Tai nėra lėtas suspaudimas. Šis suspaudimas įvyksta, kai žvaigždės šerdis implantuoja nuo intensyvios savo masės gravitacijos ... ir tai trunka tik sekundės dalį. Ar kas nors gali tai sustabdyti? Taip. Tai turi ribą. Žlugimas nutrūksta, kai viršijamas atominių branduolių tankis. Tai galima palyginti su maždaug 300 milijonų tonų, susmulkintų į cukraus kubo dydį.
Tyrimas neutroninių žvaigždžių atveria visiškai naują dimensiją klausimų, į kuriuos mokslininkai nori atsakyti. Jie nori žinoti, kas sukelia žvaigždžių ardymą ir kaip žvaigždės šerdies iškritimas gali sugrįžti į sprogimą. Šiuo metu jie teorija, kad neutrinai gali būti kritinis faktorius. Šios mažos elementarios dalelės supernovos proceso metu sukuriamos ir išskleidžiamos nepaprastai daug, ir jos gali gerai veikti kaip kaitinimo elementai, kurie uždega sprogimą. Tyrėjų komandos teigimu, neutrinai gali paskirstyti energiją žvaigždžių dujoms, sukeldami joms slėgį. Iš ten sukuriama smūgio banga, kuri, įsibėgėjant, gali sužlugdyti žvaigždę ir sukelti supernovą.
Kaip tikėtina, kad ir kaip atrodytų, astronomai nėra tikri, ar ši teorija galėtų veikti, ar ne. Kadangi supernovos procesų negalima atkurti laboratorinėmis sąlygomis ir mes negalime tiesiogiai žiūrėti į supernovos vidų, turėsime pasikliauti kompiuterinėmis simuliacijomis. Šiuo metu tyrinėtojai gali atkurti supernovos įvykį su sudėtingomis matematinėmis lygtimis, kurios atkartoja žvaigždžių dujų judesius ir fizikines savybes, kurios įvyksta kritiniu branduolio griūties momentu. Šios rūšies skaičiavimai reikalauja naudoti kai kuriuos galingiausius superkompiuterius pasaulyje, tačiau norint gauti tuos pačius rezultatus taip pat buvo įmanoma naudoti paprastesnius modelius. "Jei, pavyzdžiui, atliekant kai kuriuos išsamius duomenis būtų atsižvelgiama į lemiamą neutrinų poveikį, kompiuterinės simuliacijos galėtų būti atliekamos tik dviem matmenimis, tai reiškia, kad buvo manoma, jog modelių žvaigždė turi dirbtinę sukimosi simetriją aplink ašį." sako tyrimų komanda.
Paremdami „Rechenzentrum Garching“ (RZG), mokslininkai sugebėjo sukurti nepaprastai efektyvią ir greitą kompiuterinę programą. Jiems taip pat buvo suteikta prieiga prie galingiausių superkompiuterių ir beveik 150 milijonų procesorių valandų apdovanojimas už kompiuterį, kuris yra didžiausias ligšiolinis kontingentas, kurį suteikė Europos Sąjungos iniciatyva „Pažangiosios kompiuterijos partnerystė Europoje (PRACE)“. Max Plancko astrofizikos instituto (MPA) tyrinėtojų komanda Garchinge pirmą kartą galėjo imituoti žvaigždžių žlugimo procesus trimis matmenimis ir sudėtingai aprašydama visą susijusią fiziką.
„Šiuo tikslu paraleliniu režimu mes panaudojome beveik 16 000 procesoriaus branduolių, tačiau vis tiek vieno modelio paleidimas užtruko apie 4,5 mėnesio nuolatinio skaičiavimo“, - sako simuliacijas atlikęs doktorantas Florianas Hanke. Tik du skaičiavimo centrai Europoje sugebėjo tiekti pakankamai galingas mašinas per tokį ilgą laiką, būtent CURIE „Très Grand Centre de calcul“ (TGCC) du CEA netoli Paryžiaus ir „SuperMUC“ Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) Miunchene / Garchingas.
Turint omenyje kelis tūkstančius milijardų baitų modeliavimo duomenų, prireikė šiek tiek laiko, kol tyrėjai galėjo visiškai suprasti savo modelio eigos padarinius. Tačiau tai, ką jie pamatė, pakylėjo ir nustebino. Žvaigždžių dujos veikė panašiai kaip įprasta konvekcija, o neutrinai skatina šildymo procesą. Ir tai dar ne viskas ... Jie taip pat rado stiprius slinkimo judesius, kurie laikinai keičiasi į sukimosi judesius. Toks elgesys buvo pastebėtas anksčiau ir pavadintas nuolatiniu akrecijos šoko nestabilumu. Kaip rašoma pranešime spaudai: „Šis terminas išreiškia tai, kad pradinis supernovos smūgio bangos sferiškumas nutrūksta savaime, nes šokas sukuria didelės amplitudės, pulsuojančią asimetriją, atsirandantį dėl virpesių, atsirandančių iš pradžių nedidelių, atsitiktinių sėklų perturpacijų metu. Tačiau iki šiol tai buvo daroma tik supaprastintame ir neišsamiame modelio modeliavime. “
„Mano kolega Thierry Foglizzo iš CEA-Saclay tarnybos netoli Paryžiaus įgijo išsamų supratimą apie šio nestabilumo augimo sąlygas“, - aiškina tyrimo komandos vadovas Hansas-Thomas Janka. „Jis sukonstravo eksperimentą, kurio metu hidraulinis žiedinio vandens srauto šuolis rodo pulsinę asimetriją, artimą analogijai smūgio frontui, griudančiai supernovos šerdies daliai.“ Žinomas kaip seklaus vandens nestabilumo analogas, dinamišką procesą galima pademonstruoti mažiau techniškai, pašalinant svarbų neutrino kaitinimo poveikį - priežastis, dėl kurios daugelis astrofizikų abejoja, ar sugriuvusios žvaigždės gali patirti tokio tipo nestabilumą. Tačiau nauji kompiuterių modeliai gali parodyti nuolatinio akcento šoko nestabilumą - tai kritinis veiksnys.
„Tai ne tik kontroliuoja masinius supernovos šerdies judesius, bet ir suteikia neutrino bei gravitacinių bangų skleidžiamus parametrus, kuriuos bus galima išmatuoti būsimai Galaktikos supernovai. Be to, tai gali sukelti stiprią žvaigždžių sprogimo asimetriją, kurios metu naujai suformuota neutroninė žvaigždė gaus didelį smūgį ir nugara “, - komandos nariui Bernhardui Müllerui apibūdina svarbiausias tokių dinaminių procesų supernovos šerdyje padarinius.
Ar mes baigėme supernovos tyrimus? Ar mes suprantame viską, ką reikia žinoti apie neutronines žvaigždes? Ne sunkiai. Šiuo metu mokslininkas yra pasirengęs tęsti išmatuojamo poveikio, susijusio su SASI, tyrimus ir patikslinti susijusių signalų prognozes. Ateityje jie patobulins savo supratimą atlikdami daugiau ir ilgesnių modeliavimų, kad atskleistų, kaip nestabilumas ir neutrinos kaitinimas reaguoja kartu. Galbūt vieną dieną jie sugebės parodyti šį ryšį kaip priežastį, uždegančią supernovos sprogimą ir apimančią neutroninę žvaigždę.
Originalus istorijos šaltinis: Makso Plancko astrofizikos instituto naujienų leidinys.
