See on üks kõige intensiivsemaid ja ägedamaid sündmusi kosmoses - supernoova. Keerukate arvutisimulatsioonide abil on nad suutnud luua kolmemõõtmelisi mudeleid, mis näitavad füüsikalisi mõjusid - intensiivseid ja vägivaldseid liikumisi, mis tekivad täheainete sissepoole tõmbamisel. See on julge, uus pilk dünaamikale, mis toimub tähe plahvatuse korral.
Nagu me teame, on tähtedel, millel on Päikese mass kaheksa kuni kümme korda suurem, oma elu lõpetada massilises plahvatuses - gaasid puhkesid kosmosesse uskumatu jõuga. Need kataklüsmilised sündmused on universumi helgeimate ja võimsamate sündmuste hulgas ning võivad nende esinemisel galaktikat ületada. Just see protsess loob elu jaoks kriitilised elemendid, nagu me seda tunneme - ja neutrontähtede algused.
Neutronitähed on enda jaoks mõistatus. Need väga kompaktsed tähejäägid sisaldavad Päikese massi kuni 1,5 korda, kuid on linna suuruseks kokku surutud. See ei ole aeglane pigistamine. See kokkusurumine toimub siis, kui tähetuum implanteerub oma massi intensiivsest gravitatsioonist ... ja see võtab vaid murdosa sekundist. Kas keegi suudab selle peatada? Jah. Sellel on piir. Varisemine lakkab, kui aatomituumade tihedus on ületatud. See on võrreldav umbes 300 miljoni tonniga, mis on kokku pressitud suhkrutüki suuruseks.
Neutronitähtede uurimine avab täiesti uue mõõtme küsimustele, millele teadlased tahavad vastata. Nad tahavad teada, mis põhjustab tähtede katkemist ja kuidas saab tähesüdamiku plahvatus plahvatuseni taastuda. Praegu teatavad nad, et neutriinod võivad olla kriitiline tegur. Need pisikesed elementaarosakesed tekivad ja väljutatakse supernoova protsessis monumentidena ja võivad väga hästi toimida plahvatust süttivate kütteelementidena. Uurimisrühma teatel võisid neutriinod tähegaasidesse energiat anda, põhjustades sellel survet. Sealt tekib lööklaine ja kiirenedes võib see tähte häirida ja põhjustada supernoova.
Nii usutav kui see ka ei tundu, pole astronoomid kindlad, kas see teooria töötab või mitte. Kuna supernoova protsesse ei saa laboratoorsetes tingimustes uuesti luua ja me ei saa otseselt supernoova sisemusse sisse vaadata, peame toetuma lihtsalt arvutisimulatsioonidele. Praegu on teadlastel võimalik supernoova sündmus taastada keerukate matemaatiliste võrranditega, mis kordavad tähegaasi liikumist ja füüsikalisi omadusi, mis toimuvad tuuma kokkuvarisemise kriitilisel hetkel. Seda tüüpi arvutused nõuavad mõne võimsama superarvuti kasutamist maailmas, kuid samade tulemuste saamiseks on olnud võimalik kasutada ka lihtsustatud mudeleid. "Kui näiteks neutriinode olulised mõjud hõlmaksid mõnda üksikasjalikku käsitlust, saaks arvutisimulatsioone läbi viia ainult kahes mõõtmes, mis tähendab, et mudelite tähel eeldati, et telje ümber on kunstlik pöördesümmeetria." ütleb uurimisrühm.
Rechenzentrum Garchingi (RZG) toel suutsid teadlased luua erakordselt tõhusa ja kiire arvutiprogrammi. Neile anti juurdepääs ka kõige võimsamatele superarvutitele ja ligi 150 miljoni protsessoritunni auhind arvutiajale, mis on seni suurim kontingent, mida on andnud Euroopa Liidu algatus „Täiustatud arvutustehnika partnerlus Euroopas (PRACE)“. Garchingi Max Plancki astrofüüsika instituudi (MPA) teadlaste meeskond võiks nüüd esmakordselt simuleerida kolmes mõõtmes tähtede kokkuvarisemise protsesse koos kõigi asjakohaste füüsikate keeruka kirjeldusega.
"Sel eesmärgil kasutasime paralleelses režiimis ligi 16 000 protsessori südamikku, kuid ikkagi võttis ühe mudeli käitamine umbes 4,5 kuud pidevat arvutamist", ütles simulatsioone läbi viinud doktorant Florian Hanke. Ainult kaks infotehnoloogiakeskust Euroopas suutsid pakkuda nii pika aja jooksul piisavalt võimsaid masinaid, nimelt CURIE Pariisi lähedal asuvas Très Grand Center de calcul (TGCC) du CEA ja SuperMUC Münchenis Leibniz-Rechenzentrum (LRZ).
Arvestades mitu tuhat miljardit baiti simulatsiooniandmeid, kulus veidi aega, enne kui teadlased said oma mudeli käikudest täielikult aru. Kuid see, mida nad mõlemad nägid, üllatas ja üllatas neid. Tähegaas toimis sarnaselt tavalisele konvektsioonile, kusjuures neutriinod juhtisid kuumutamist. Ja see pole veel kõik ... Nad leidsid ka tugevaid libisevaid liikumisi, mis muutuvad ajutiselt pöördeliikumiseks. Seda käitumist on varem täheldatud ja seda on nimetatud alaliseks akretsioonilöögiks. Pressiteate kohaselt “väljendab see termin tõsiasja, et supernoova lööklaine esialgne sfäärilisus on spontaanselt purunenud, kuna löök arendab suure amplituudiga pulseerivaid asümmeetriaid algul väikeste, juhuslike seemnepurskete võnkuva kasvuga. Siiani oli seda leitud ainult lihtsustatud ja mittetäielikes mudelisimulatsioonides. ”
"Minu kolleeg Thierry Foglizzo Pariisi lähedal asuvast teenuse CEA-Saclay teenindusest on saanud üksikasjaliku ülevaate selle ebastabiilsuse kasvutingimustest," selgitas uurimisrühma juht Hans-Thomas Janka. "Ta on konstrueerinud eksperimendi, mille käigus ümmarguse veevoolu hüdraulilisel hüppel on pulsatsiooniline asümmeetria, mis on analoogselt löökide esiosaga supernoova tuuma varisevas osas." Löökide ebastabiilsuse pinnavee analoogina tuntud dünaamilist protsessi saab demonstreerida vähem tehniliste viisidega, kõrvaldades neutriino kuumutamise olulised mõjud - põhjus, mis paneb paljusid astrofüüsikuid kahtlema, kas tähtede kokkukukkumine võib seda tüüpi ebastabiilsust läbi viia. Uued arvutimudelid suudavad siiski näidata püsiva akordi šoki ebastabiilsust, mis on kriitiline tegur.
„See ei reguleeri mitte ainult supernoova tuuma massiliikumist, vaid paneb ka neutriino ja gravitatsioonilaine emissioonile iseloomulikud signatuurid, mis on tulevase galaktilise supernoova jaoks mõõdetavad. Veelgi enam, see võib põhjustada täheplahvatuse tugevat asümmeetriat, mille käigus vastloodud neutronitäht saab suure löögi ja spinni ”, kirjeldab meeskonnaliige Bernhard Müller selliste dünaamiliste protsesside olulisemaid tagajärgi supernoova tuumas.
Kas oleme supernoova uurimisega lõpetanud? Kas me mõistame kõike, mida on vaja teada neutronitähtede kohta? Mitte vaevalt. Praegu on teadlane valmis SASI-ga seotud mõõdetavate mõjude uurimist edasi viima ja täpsustama sellega seotud signaalide prognoose. Tulevikus täiendavad nad oma teadmisi, viies läbi järjest pikemaid simulatsioone, et selgitada välja, kuidas ebastabiilsus ja neutriino kuumutamine reageerivad koos. Võib-olla suudavad nad ühel päeval näidata seda suhet olevat päästik, mis süütab supernoova plahvatuse ja eostab neutronitähte.
Algne looallikas: Max Plancki Astrofüüsika Instituudi pressiteade.
