Первое в мире 3D-моделирование раскрывает физику экзотических сверхновых

Ученые использовали мощные суперкомпьютеры Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и Национальной астрономической обсерватории Японии, чтобы первое в мире 3D-моделирование раскрывает физику экзотических сверхновых

После многих лет целенаправленных исследований и более 5 млн вычислительных часов на суперкомпьютере ученые создали первое в мире трехмерное гидродинамическое моделирование излучения экзотических сверхновых с высоким разрешением. Результаты исследования опубликованы в The Astrophysical Journal.

Сверхновые представляют собой ключевой интерес в современной астрофизике, охватывая множество важных астрономических и физических проблем как в теории, так и в наблюдениях, и имеют значительную исследовательскую ценность.

Во время их взрыва они выбрасывают в космос тяжелые элементы, образовавшиеся внутри звезды, закладывая основу для рождения новых звезд и планет и играя решающую роль в зарождении жизни.

Среди экзотических сверхновых наиболее загадочными являются сверхяркие сверхновые и вечно светящиеся сверхновые. Яркость сверхярких сверхновых примерно в 100 раз превышает яркость обычных сверхновых, которые обычно сохраняют свою яркость от нескольких недель до нескольких месяцев.

Напротив, вечно светящиеся сверхновые могут сохранять свою яркость в течение нескольких лет или даже дольше. Еще более удивительно то, что некоторые экзотические сверхновые демонстрируют нерегулярные и прерывистые изменения яркости, напоминающие фонтанные извержения. Эти своеобразные сверхновые могут содержать ключ к пониманию эволюции самых массивных звезд во Вселенной.

Происхождение этих экзотических сверхновых до сих пор до конца не изучено, но астрономы полагают, что они могут возникать из необычных массивных звезд. У звезд с массой от 80 до 140 раз больше солнечной по мере приближения к концу своей жизни в их ядрах происходят реакции синтеза углерода.

В настоящее время такие массивные звезды во Вселенной относительно редки, что согласуется с нехваткой пекулярных сверхновых. Поэтому ученые подозревают, что звезды с массами от 80 до 140 раз больше солнечной, скорее всего, являются прародителями пекулярных сверхновых. Однако нестабильная эволюционная структура этих звезд делает их моделирование весьма сложным, и текущие модели в основном ограничиваются одномерным моделированием.

Однако в предыдущих одномерных моделях обнаружены серьезные недостатки. Взрывы сверхновых порождают значительную турбулентность, а она играет решающую роль во взрыве и яркости сверхновых. Тем не менее, одномерные модели не способны моделировать турбулентность на основе первых принципов. Эти проблемы препятствовали глубокому пониманию физических механизмов, лежащих в основе экзотических звездных взрывов, в современной теоретической астрофизике.

Моделирование взрывов сверхновых с высоким разрешением представляло собой огромную проблему. По мере увеличения масштаба моделирования поддерживать высокое разрешение становилось все труднее, что значительно повышало сложность и вычислительные требования, а также требовало учета многочисленных физических процессов.

Авторы нового исследования объясняют, что их программа моделирования имеет преимущества перед другими конкурирующими группами в Европе и Америке. Предыдущие соответствующие иммледования, в основном, ограничивались одномерными и несколькими двумерными моделями жидкости, тогда как в экзотических сверхновых многомерные эффекты и излучение играют решающую роль, влияя на световое излучение и общую динамику взрыва.

Моделирование радиационной гидродинамики учитывает распространение излучения и его взаимодействие с веществом. Этот сложный процесс переноса радиации делает расчеты исключительно сложными, а вычислительные требования и трудности намного выше, чем при моделировании жидкости.

Однако благодаря богатому опыту ученых в моделировании взрывов сверхновых и проведении крупномасштабных симуляций. Им, наконец, удалось создать первые в мире трехмерные симуляции радиационной гидродинамики экзотических сверхновых.

Окончательное физическое распределение экзотической сверхновой с четырьмя различными цветовыми квадрантами, представляющими разные физические величины: I — температура, II — скорость, III плотность радиационной энергии и IV — плотность газа. Белый пунктирный круг указывает положение фотосферы сверхновой. Судя по этому изображению, вся звезда становится неспокойной изнутри. Позиции, в которых сталкиваются выброшенные материалы, точно соответствуют фотосфере, что указывает на образование теплового излучения во время этих столкновений, которое эффективно распространяется наружу и одновременно создает неровный газовый слой. Это изображение помогает понять основную физику экзотических сверхновых и дает объяснение наблюдаемым явлениям. Фото: Ке-Юнг Чен/ASIAA

Результаты исследователей показывают, что явление прерывистых извержений в массивных звездах проявляет характеристики, аналогичные множественным более тусклым сверхновым. При столкновении материалов разных периодов извержения примерно 20–30% кинетической энергии газа может быть преобразовано в излучение, что и объясняет явление сверхсветящихся сверхновых.

Кроме того, эффект радиационного охлаждения приводит к тому, что извергающийся газ образует плотную, но неровную трехмерную листовую структуру, и этот слой листа становится основным источником светового излучения сверхновой. Результаты их моделирования эффективно объясняют наблюдаемые особенности экзотических сверхновых, упомянутых выше.

Благодаря передовому суперкомпьютерному моделированию это исследование делает значительный прогресс в понимании физики экзотических сверхновых. С началом проектов по исследованию сверхновых нового поколения астрономы смогут обнаружить более экзотические сверхновые, что еще больше сформирует наше понимание последних стадий обычных массивных звезд и механизмов их взрыва.

Читать далее:

Найдено «ископаемое» Большого взрыва: астрономы открыли «пузырь» шириной млрд световых лет

Выяснилось, какие орехи снижают холестерин и сколько их надо есть в день

Возможно, НАСА нашло и случайно убило жизнь на Марсе 50 лет назад: как это произошло

На обложке: трехмерное моделирование экзотической сверхновой показывает турбулентные структуры, возникающие во время выброса материала при взрыве. Впоследствии, влияют на яркость и структуру взрыва всей сверхновой. Турбулентность играет решающую роль в процессе взрыва сверхновой, возникающего в результате неравномерного движения жидкости, что приводит к сложной динамике. Эти турбулентные структуры перемешивают и искажают материю, влияя на выделение и передачу энергии, тем самым влияя на яркость и внешний вид сверхновой. Благодаря трехмерному моделированию ученые получают более глубокое понимание физических процессов взрывов своеобразных сверхновых и могут объяснить наблюдаемые явления и характеристики необычных звездных взрывов. Фото: Ке-Юнг Чен/ASIAA

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Астрономы сфотографировали «детство Вселенной» до появления галактик
Космос
Прощальные кадры: лунный модуль сфотографировал закат на Луне
Наука
Гены загадочных предков людей повлияли на работу мозга, показало исследование
Наука
В Петербурге открыли лабораторию для создания компьютеров, которые имитируют работу мозга
Наука
Телескоп «Евклид» показал 26 млн галактик: опубликованы первые результаты миссии
Космос
Крошечных морских животных увеличили в пять раз, чтобы рассмотреть их клетки
Наука
В Сеченовском Университете появится «умная» операционная 
Новости
Операторы связи начали заменять китайское оборудование на российское
Новости
В России хотят обязать использование отечественных процессоров для ИИ
Новости
Посмотрите на первого робота-гуманоида Nvidia в действии
Новости
Образцы с обратной стороны Луны показали, какой она была в прошлом
Космос
Морские интернет-кабели научились «прослушивать» на предмет саботажа
Новости
Нового рекорда на термоядерном синтезе добились в России
Наука
Российские ученые разработали материалы для памяти будущего  
Наука
Выяснилось, какие мутации ДНК ускоряют старение  
Наука
«Суперджет» с российскими двигателями ПД-8 впервые поднялся в воздух
Новости
Светочувствительные нановолокна ускорили рост нейронов  
Наука
ChatGPT может «заболеть» тревожностью и депрессией, но есть способ его «успокоить»  
Новости
Москва сократила выбросы углерода на 190 000 тонн благодаря электробусам  
Новости
Игуаны совершили рекордное путешествие миллионы лет назад: они проплыли по океану 8 000 км
Наука