Модель является первой, которая представляет начало коллапса сверхновой в трех измерениях, сказал ее разработчик У. Дэвид Арнетт, профессор астрофизики в Университете Аризоны, который разработал модель вместе с Кейси Микином и Натаном Смитом из Аризоны и Максима. Флакон Института астрофизики им.
Макса Планка.Описанный в журнале AIP Advances, он показывает, как турбулентное перемешивание элементов внутри звезд заставляет их расширяться, сжиматься и выплевывать материю, прежде чем они наконец взорвутся.Арнетт, пионер в построении моделей физических процессов внутри звезд, прослеживает свое увлечение турбулентностью с 1987A, первой сверхновой в 1987 году. Расположенная в соседней галактике, она была достаточно яркой, чтобы ее можно было увидеть невооруженным глазом.
Арнетт напомнил, что звезда озадачила астрономов, потому что материал, выброшенный при ее взрыве, по-видимому, смешался с материалом, ранее выброшенным из звезды. Существующие модели не могли этого объяснить.Что показали предыдущие моделиВместо этого существующие модели представляли звезду как серию концентрических кругов с более тяжелыми элементами, такими как железо и кремний, в центре и более легкими элементами, такими как углерод, гелий и кислород, по направлению к поверхности.
Более тяжелые элементы оказывают мощное гравитационное притяжение на более легкие элементы. Это сжимает звезду, увеличивая давление и повышая температуру, достаточную для образования нейтрино.
Когда нейтрино вылетают из звезды, они забирают с собой энергию. Обычно получение энергии от горячего тела охлаждает его.
В этом случае потерянная энергия снижает способность более легких газов бороться с гравитационным притяжением ядра. Вместо того, чтобы остывать, звезда сжимается дальше.«Он нагревается и сгорает быстрее, производя больше нейтрино и ускоряя процесс до тех пор, пока не возникнет неконтролируемая ситуация», — сказал Арнетт.Ученые пришли к этим выводам, проанализировав свет и радиоактивность сверхновых звезд, а затем создали модели физических процессов, дающие аналогичные результаты.
Полученные модели очень большие и сложные. Исследователи должны упростить их, чтобы запускать на суперкомпьютерах.
Они делают это, ограничивая свои модели потока одним или, возможно, двумя измерениями и делая предположения о том, как может вести себя поток в других измерениях. Как правило, это приводит к созданию моделей, которые показывают, что один процесс плавно перетекает один в другой.Чем отличается новая модельТрехмерные модели Арнетта показывают нечто совершенно иное: дикая, бурная внутренняя часть, которая выплевывает остатки звезд до окончательного взрыва, подобно тому, как быстрое нагревание кастрюли приводит к закипанию воды через край.
«У нас все еще есть концентрические круги, с самыми тяжелыми элементами в середине и самыми легкими элементами вверху, но это если кто-то поместит туда лопатку и перемешает ее. Когда мы приближаемся к взрыву, мы получаем потоки, которые смешивают материалы вместе, заставляя звезду вертеться и выплевывать материал, пока мы не получим взрыв », — сказал Арнетт.«Это то, что можно увидеть в остатках сверхновых», — добавил он, имея в виду кольцо из тяжелых и легких элементов, которые образуют туманности вокруг звезд, которые стали сверхновыми. «Мы видим эти выбросы звездного материала и то, как они смешиваются с материалом, изгнанным из звезды во время ее последнего взрыва. Другие модели не могут объяснить это», — сказал он.
Модель Арнетта основана на более точных данных и на более быстрых и мощных компьютерах.«Чтобы запустить эти модели на суперкомпьютерах, которые я использовал в 1970-х годах, потребовалось бы 40 лет. По сравнению с моим смартфоном, они были слабыми», — говорит Арнетт.
Исследователям также требовалось больше данных. Сверхновые звезды крайне редки, и их трудно найти.
Однако за последнее десятилетие небольшие обсерватории, такие как Автоматический телескоп Кацмана (KAIT) и Palomar Supernova Factory, использовали сложную электронику для обзора неба в поисках мельчайших изменений яркости, которые могут указывать на сверхновую.Обнаружив их, исследователи направляют на них большие телескопы, чтобы собрать более подробную информацию. Эти данные привели к новому пониманию того, как умирают некоторые звезды.
«Вместо того, чтобы мягко войти в эту темную ночь, он сражается. Он разбрызгивает и выплевывает материал. Это может занять год или два. Есть небольшие предшествующие события, несколько пиков, а затем большой взрыв.
«Возможно, нам нужно более сложное понятие о том, что такое взрыв, чтобы объяснить то, что мы видим», — заключает Арнетт.