Физики из Национальной лаборатории Университета Беркли впервые создали трехмерное моделирование появления сверхновых звезд. При этом ученые при помощи суперкомпьютера в Национальном энергетическом научном вычислительном центре (NERSC) впервые смоделировали полный процесс этого космического события.
Астрономы обнаружили, что подобные сверхсветовые события происходят, когда магнитар — быстро вращающаяся нейтронная звезда, которая обладает очень сильным магнитным полем, находится в центре сверхновой. При этом излучение, которое испускается магнитаром, усиливает яркость сверхновой. Именно для изучения этого процесса ученые решили провести многомерное моделирование.
При этом математический анализ, который стоит за этим моделированием, необходим для анализа жидкой нестабильности и создания образа этой сверхновой в 3D. Ученые отмечают, что такие работы требуют больших вычислительных мощностей, поэтому их никто не создавал ранее.
Физики отмечают, что так называемая жидкая нестабильность возникает вокруг людей постоянно. Например, если в стакан воды положить немного красителя, то поверхностное натяжение воды станет нестабильным, а более тяжелый краситель опустится на дно. Поскольку две жидкости движутся мимо друг друга, физика этой нестабильности не может быть отражена в одном измерении. Для описания этих процессов нужно второе или третье измерение, чтобы увидеть всю нестабильность. В космическом масштабе неустойчивость жидкости, которая приводит к турбулентности и перемешиванию, играет критическую роль в формировании космических объектов, таких как галактики, звезды и сверхновые.
Для этой работы исследователи смоделировали остаток сверхновой примерно 15 млрд км в ширину с плотным магнитом шириной 10 км внутри. В этой системе моделирование показывает, что гидродинамические неустойчивости формируются в двух масштабах в остаточном материале. Одна нестабильность происходит в горячем пузыре, возбужденном магнитаром, а другая возникает, когда ударная волна молодой сверхновой вспыхивает против окружающего газа.
Они также обнаружили, что магнитар может ускорять элементы кальция и кремния, которые выбрасывались из молодой сверхновой, до скоростей 12 тыс. км в секунду, что объясняет их расширенные эмиссионные линии в спектральных наблюдениях. И то, что даже энергия слабых магнитаров может ускорить элементы из группы железа, которые расположены глубоко в остатке сверхновой до 5 000–7 000 км/с, объясняет, почему железо наблюдается на ранних стадиях событий сверхновых коллапса ядра, таких как SN 1987A. Это было давней загадкой в астрофизике.
Ранее астрономы обнаружили рекордно тусклую сверхновую. Пиковая светимость 2019gsc находится на уровне -13,8 абсолютной звездной величины. Это значит, что она является рекордно тусклой для объектов такого рода