זה אחד האינטנסיביים והאלימים מכל האירועים בחלל - סופרנובה. באמצעות הדמיות מחשב מתוחכמות, הם הצליחו ליצור מודלים תלת מימדיים המראים את ההשפעות הפיזיות - תנועות עזות ואלימות המתרחשות כאשר נמשך חומר מהמם פנימה. זה מבט נועז וחדש אל הדינמיקה שמתרחשת כאשר כוכב מתפוצץ.
כידוע, כוכבים שיש להם פי שמונה עד עשרה ממסת השמש מיועדים לסיים את חייהם בפיצוץ אדיר, הגזים שהתפוצצו לחלל בעוצמה מדהימה. אירועים קטלקמיים אלה הם מהאירועים הבהירים והחזקים ביותר ביקום ויכולים להאפיל על גלקסיה כאשר הם מתרחשים. התהליך הזה הוא זה שיוצר אלמנטים קריטיים לחיים כפי שאנו מכירים אותם - וההתחלה של כוכבי הנויטרונים.
כוכבי נויטרון הם חידה לעצמם. שרידים מהממים הקומפקטיים הללו מכילים פי 1.5 ממסת השמש ועם זאת דחוסים לגודל עיר. זה לא סחיטה איטית. דחיסה זו מתרחשת כאשר ליבת הכוכב משתמעת מכוח הכובד האינטנסיבי של המסה שלה עצמה ... והיא נמשכת רק שבריר שנייה. האם משהו יכול לעצור את זה? כן. יש לזה גבול. ההתמוטטות נפסקת כאשר חורג מהצפיפות של הגרעינים האטומיים. זה דומה לכ -300 מיליון טון שנדחסו למשהו בגודל של קוביית סוכר.
עיון בכוכבי נויטרונים פותח מימד חדש לחלוטין של שאלות עליהן מדענים מעוניינים לענות. הם רוצים לדעת מה גורם לשיבוש מהממים וכיצד יכול הפיכת ליבת הכוכבים לחזור לפיצוץ. נכון לעכשיו הם משערים כי נייטרינו עשוי להיות גורם קריטי. החלקיקים האלמנטריים הזעירים הללו נוצרים ומגורשים במספרים מונומנטליים במהלך תהליך הסופרנובה ויכולים מאוד לשמש כגופי חימום שמציתים את הפיצוץ. על פי צוות המחקר, נייטרינים עלולים להעביר אנרגיה לגז הכוכב ולגרום לו לבנות לחץ. משם נוצר גל הלם וככל שהוא מאיץ הוא עלול לשבש את הכוכב ולגרום לסופרנובה.
ככל שזה נשמע מתקבל על הדעת, אסטרונומים אינם בטוחים אם התיאוריה הזו יכולה לעבוד או לא. מכיוון שלא ניתן לשחזר תהליכים של סופרנובה בתנאי מעבדה ואנחנו לא יכולים לראות ישירות את פנים סופרנובות, נצטרך להסתמך רק על הדמיות מחשב. כרגע החוקרים מסוגלים ליצור מחדש אירוע סופרנובה עם משוואות מתמטיות מורכבות המשכפלות את תנועות הגז הכוכב ואת התכונות הפיזיקליות המתרחשות ברגע הקריטי של קריסת הליבה. חישובים מסוג זה מצריכים שימוש בכמה ממחשבי העל החזקים בעולם, אך ניתן היה להשתמש במודלים פשוטים יותר כדי להשיג את אותן תוצאות. "אם למשל, ההשפעות המכריעות של נייטרינו היו נכללות בטיפול מפורט כלשהו, ניתן היה לבצע את הדמיות המחשבים בשני ממדים בלבד, מה שאומר שהכוכב בדגמים הונח שיש סימטריה סיבוב מלאכותית סביב ציר." אומר צוות המחקר.
עם תמיכה של Rechenzentrum Garching (RZG), מדענים הצליחו ליצור בתוכנת מחשב יעילה ומהירה במיוחד. הם קיבלו גישה גם למחשבי-על חזקים ביותר, וכן הוענק פרס זמן מחשבים של קרוב ל -150 מיליון שעות מעבד, המהווה את התנאי הגדול ביותר שהעניקה עד כה יוזמת "שותפות למחשוב מתקדם באירופה (PRACE)" של האיחוד האירופי, צוות החוקרים במכון מקס פלאנק לאסטרופיזיקה (MPA) בגארצ'ינג יכול היה כעת לראשונה לדמות את התהליכים בכוכבים קורסים בשלושה ממדים ועם תיאור מתוחכם של כל הפיזיקה הרלוונטית.
"לצורך זה השתמשנו בכמעט 16,000 ליבות מעבד במצב מקביל, אך עדיין הפעלת מודל יחיד ארכה כ- 4.5 חודשים של מחשוב רציף", אומרת סטודנט לתואר שלישי פלוריאן האנק, שביצע את ההדמיות. רק שני מרכזי מחשוב באירופה הצליחו לספק מכונות מספיק חזקות לפרקי זמן כה ארוכים, קרי CURIE ב- Très Grand Centre de calcul (TGCC) du CEA ליד פריז ו- SuperMUC ב- Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) במינכן / גארצ'ינג.
בהינתן כמה אלפי מיליארד בתים של נתוני סימולציה, לקח זמן עד שהחוקרים הצליחו להבין היטב את ההשלכות של ריצות המודל שלהם. עם זאת, מה שהם ראו שניהם התרוממו והפתיעו אותם. הגז הכוכב התבצע בצורה דומה מאוד להסעה רגילה, כאשר הנייטרינים מניעים את תהליך החימום. וזה לא הכל ... הם מצאו גם תנועות נוקשות חזקות שמשתנות חולפות לתנועות סיבוביות. התנהגות זו נצפתה בעבר וכונתה Standing Accreion Shock Instability. על פי פרסום הידיעה, "מונח זה מבטא את העובדה כי הכדוריות הראשונית של גל הלם הסופרנובה נשברת באופן ספונטני, מכיוון שההלם מפתח אמפליטודה עם משרעת גדולה ומפעימה על ידי הצמיחה המתנודדת של הפרעות זרע קטנות ואקראיות בתחילה. אולם עד כה זה נמצא רק בסימולציות מודל מפושטות ולא שלמות. "
"חברי חברי תיירי פוגליזו בשירות אסטרופיסיקה des CEA-Saclay ליד פריז השיג הבנה מפורטת של תנאי הצמיחה של אי יציבות זו", מסביר האנס-תומאס ינקה, ראש צוות המחקר. "הוא בנה ניסוי, בו קפיצה הידראולית בזרימת מים מעגלית מציגה א-סימטריות פועמיות באנלוגיה קרובה לחזית ההלם בחומר המתמוטט של גרעין הסופרנובה." המכונה אנלוגי מים רדודים של חוסר יציבות בהלם, ניתן להדגים את התהליך הדינאמי באופנים פחות טכניים על ידי ביטול ההשפעות החשובות של חימום נייטרינו - סיבה הגורמת לאסטרופיסיקאים רבים לפקפק בכך שכוכבים קורסים עשויים לעבור סוג זה של חוסר יציבות. עם זאת, דגמי המחשבים החדשים מסוגלים להפגין את חוסר היציבות של הלם העמידה הוא גורם קריטי.
"זה לא רק שולט בתנועות ההמוניות בליבת הסופרנובה, אלא גם מטיל חתימות אופייניות על הפליטה של הנייטרינו וגל הכבידה, שיהיו ניתנים למדידה לסופרנובה גלקטית עתידית. יתרה מזאת, זה עלול להוביל לאסימטריות חזקות של הפיצוץ הכוכב, שבמהלכו כוכב הנויטרונים החדש שנוצר יקבל בעיטה וסיבוב גדול ”, מתאר חבר הצוות ברנהרד מולר את ההשלכות המשמעותיות ביותר של תהליכים דינמיים כאלה בליבת הסופרנובה.
האם סיימנו עם מחקר סופרנובה? האם אנו מבינים את כל מה שיש לדעת על כוכבי נויטרונים? לא בקושי. נכון לעכשיו המדען מוכן להמשיך בחקירתם לגבי ההשפעות הניתנות למדידה הקשורות ל- SASI ולשכלל את תחזיותיהם לגבי אותות נלווים. בעתיד הם יוסיפו את הבנתם על ידי ביצוע הדמיות נוספות וארוכות יותר כדי לחשוף כיצד חוסר היציבות וחימום הנייטרינו מגיבים יחד. אולי יום אחד הם יוכלו להראות שהקשר הזה מהווה את הטריגר שמצית פיצוץ סופרנובה ומגביר כוכב נויטרונים.
מקור סיפור מקורי: מכון מקס פלאנק למהדורת חדשות לאסטרופיזיקה.
