Суперкомпьютер помог ученым воспроизвести термоядерный взрыв

Компьютерное моделирование дало новое представление о буйном поведении нейтронных звезд-каннибалов. Когда нейтронная звезда поглощает материал из близкого бинарного компаньона, нестабильное термоядерное горение накопленного материала может привести к дикому взрыву, который распространит рентгеновское излучение по всей Вселенной.

Как именно эти мощные извержения развиваются и распространяются по поверхности нейтронной звезды, остается загадкой. Но, пытаясь воспроизвести наблюдаемые рентгеновские вспышки за счет компьютерного моделирования, ученые узнают больше об их тонкостях, а также о сверхплотных нейтронных звездах, которые их производят, пишет ScienceAlert.

«Мы можем увидеть, как эти события происходят более детально с помощью моделирования, — говорит астрофизик Майкл Зингейл из Государственного университета Нью-Йорка в Стоуни-Брук. — Одна из важных для нас вещей — понять свойства нейтронной звезды, потому что мы хотим узнать, как ведет себя материя при экстремальных плотностях, которые можно обнаружить в нейтронной звезде».

Изображение распространения пламени из симуляции
Изображение распространения пламени из симуляцииИсточник: Zingale et al., ApJ, 2024

Нейтронные звезды — одни из самых плотных объектов во Вселенной. Это то, что осталось после того, как массивная звезда прожила свою жизнь, лишилась топлива и взорвалась. В то время как внешний материал улетает в космос, ядро ​​звезды коллапсирует под действием силы тяжести, образуя сверхплотный шар диаметром около 20 километров. В эту крошечную сферу упаковывается столько же массы, скольким обладает 2,3 Солнца или около того.

«Мы не можем подойти к нейтронной звезде и рассмотреть ее поближе по ряду причин (расстояние, опасность и тому подобное), но мы можем собрать всю возможную информацию о рентгеновском излучении нейтронной звезды и всплесков и попытаться построить моделирование, результаты которого совпадают с данными наблюдений», — объясняет ученый.

Звучит просто, но физика нейтронных звезд очень сложна — моделирование их поведения требует большой вычислительной мощности. В предыдущей работе исследователи использовали суперкомпьютер Summit в Национальной лаборатории Ок-Ридж для моделирования термоядерного пламени в двух измерениях. Теперь они опирались на эту работу и масштабировали свои симуляции до третьего измерения.

Виды моделирования сверху вниз (слева) и изометрия (справа) через 10, 20 и 40 миллисекунд (сверху вниз)
Виды моделирования сверху вниз (слева) и изометрия (справа) через 10, 20 и 40 миллисекунд (сверху вниз)Источник: Michael Zingale, Department of Physics and Astronomy at SUNY Stony Brook

«Главная цель всегда состоит в том, чтобы связать моделирование этих событий с тем, что мы наблюдали, — говорит астрофизик. — Мы стремимся понять, как выглядит основная звезда, и нам жизненно важно изучить, что эти модели могут делать в разных измерениях».

Модель трехмерной нейтронной звезды имела температуру в несколько миллионов раз выше, чем у Солнца. Скорость вращения составила 1000 оборотов в секунду, что довольно близко к теоретическому верхнему пределу скорости вращения нейтронной звезды. По ней можно было судить о ранней эволюции термоядерного пламени.

Хотя пламя в 2D-моделировании распространялось немного быстрее, чем в 3D-версии, тенденции роста в обеих моделях были очень похожими. Это означает, что 2D-моделирование остается хорошим инструментом для изучения бурных взрывов, но есть еще некоторые вещи, которые оно не может сделать. Например, турбулентность ведет себя по-разному в двух измерениях; но возможность использовать 2D-симуляцию для тех частей, которые она может обработать, высвободит вычислительную мощность для других целей, например, для повышения точности прожига.

Имея под рукой полученную в результате компьютерного моделирования информацию, астрономы планируют разобраться в том, как нейтронные звезды устраивают свои «ужасные истерики».

Ранее ученые открыли новый внесолнечный мир. Молодая и горячая экзопланета по размерам напоминает Сатурн. Она находится на расстоянии около 371 светового года от нас.

Источник

Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.