Инновационная трёхмерная модель обеспечивает новое представление бурной «агонии» сверхновой звезды, заключительный взрыв которой способен затмить всю галактику, наполняя Вселенную элементами, которые делают возможной жизнь на Земле.
Созданная модель является первой и пока единственной в своем роде моделью, демонстрирующей крах сверхновой звезды в трёх измерениях, отмечает W. David Arnett из University of Arizona, который разработал модель вместе с Casey Meakin и Nathan Smith из University of Arizona, а также Maxime Viallet из Max-Planck Institut fur Astrophysik.
Модель, описанная в одной из недавних статей журнала «AIP Advances», демонстрирует, как турбулентное смешивание многочисленных элементов в недрах звезд приводит к их расширению, сжатию и извержению вещества, предшествующих финальному взрыву.
W. David Arnett является, своего рода, «пионером» в строительстве моделей физических процессов, происходящих внутри звезд. Он признается, что первой сверхновой, которой он всерьез заинтересовался, стала 1987A, расположенная в соседней к Млечному Пути галактике, которую ввиду её значительной яркости можно было увидеть невооружённым глазом.
Как вспоминает Arnett, звезда озадачила астрономов тем, что материал, «изгнанный» во время взрыва, вероятнее всего, смешался с материалом, ранее выброшенным звездой. Ни одна из существующих моделей не могла найти этому объяснения. Практически все они рассматривали звезды как скопления концентрических кругов, в центе которых находились более тяжёлые элементы, такие как кремний и железо, а ближе к поверхности – более лёгкие (углерод, кислород, гелий). Более тяжёлые металлы гравитационно воздействуют на более лёгкие. Это приводит к уплотнению звезды, увеличению давления и повышению температуры. Как результат, образуются нейтрино.
Нейтрино, покидая звезду, забирают с собой энергию. Как правило, изъятие энергии из горячего тела приводит к снижению температуры. В этом же случае, потерянная энергия уменьшает способность более лёгких газов сопротивляться гравитации ядра. Вместо охлаждения, звезда, как и прежде продолжает сжиматься.
По словам Arnett, звезда нагревается, образуется больше нейтрино, в результате чего процессы ускоряются и происходит взрыв.
Учёные пришли к этим выводам, анализируя свет и радиоактивность от сверхновых звезд. Тогда появились первые модели физических процессов, которые приводят к подобным результатам.
Полученные модели были весьма сложными. Исследователям предстояло упростить их, дабы ими можно было воспользоваться на суперкомпьютерах. Они ограничивали свои модели одним, максимум, двумя измерениями. Относительно процессов в других измерения, учёные могли только предполагать. Как результат, модели показывали один процесс смешивания, плавно переходящий в другой.
3D модели Arnett демонстрируют нечто совершенно иное: турбулентный «интерьер» звезды, которая извергает материал в космическое пространство ещё задолго до финального взрыва.
По словам Arnett, действительно в недрах звезды есть концентрические круги с тяжёлыми элементами в центре и более лёгкими ближе к поверхности, однако они, по мере приближения взрыва, перемешиваются. Он отмечает, что в преддверии взрыва потоки этих веществ перемешиваются, в результате чего звезда извергает материал в пространство ещё до того, как произойдёт финальный взрыв. По его словам, никакие другие модели не способны объяснить эти процессы.
Модель Arnett основана на более совершенных, мощных и быстрых компьютерах.
Он признается, что ему потребовалось бы 40 лет для того, чтобы запустить эти модели на суперкомпьютерах, которые он использовал в 70-е годы ХХ столетия, так как они были в разы слабее современных смартфонов.
Исследователи нуждаюсь в более точных данных. Сверхновые звезды являются чрезвычайно редкими и трудно идентифицируемыми астрономическими объектами. На протяжении последних 10 лет, небольшие обсерватории, такие как Katzman Automatic Imaging Telescope (KAIT) и Palomar Supernova Factory, использовали сложную электронику дабы просканировать небо в поисках миниатюрных изменений в яркости, которые могут указывать на сверхновую звезду.
Как только такие изменения удавалось обнаружить, на них направляли более мощные телескопы, дабы собрать как можно больше информации. Астрономы используют эту информацию для того, чтобы лучше понять, как «умирают» звёзды.
