То је један од најинтензивнијих и најнасилнијих догађаја у свемиру - супернова. Коришћењем софистициране рачунарске симулације успели су да створе тродимензионалне моделе који приказују физичке ефекте - интензивне и насилне покрете који настају када се звездана материја повуче према унутра. То је смели, нови поглед на динамику која се дешава када звезда експлодира.
Као што знамо, звезде које имају осам до десет пута већу масу Сунца осуђене су да окончају свој живот у огромној експлозији, а гасови се у невероватну силу издувају у свемир. Ови катаклизмични догађаји спадају у најсјајније и најснажније догађаје у Универзуму и могу надмашити галаксију када се појаве. Управо тај процес ствара елементе критичне за живот какав знамо - и за почетак неутронских звезда.
Неутронске звезде су енигма за себе. Ови изразито компактни звјездани остаци садрже чак 1,5 пута већу масу Сунца, али су истовремено сабијени на величину града. То није споро стискање. Ова компресија се дешава када се звездно језгро наметне из јаке гравитације сопствене масе ... и то траје само делић секунде. Може ли нешто да то спречи? Да. Има границу. Колапс престаје када је прекорачена густина атомског језгра. То је упоредиво са око 300 милиона тона компримованих у нешто величине коцке шећера.
Проучавање неутронских звезда отвара сасвим нову димензију питања на која научници желе да одговоре. Желе знати шта узрокује поремећај звијезда и како се имплозија звјездане језгре може вратити у експлозију. Тренутно они теоретизирају да неутрини могу бити критични фактори. Ове ситне елементарне честице се стварају и избацују у монументалним бројевима током процеса супернове и могу врло добро да делују као грејни елементи који запале експлозију. Према истраживачком тиму, неутринови би могли да уносе енергију у звездани гас, изазивајући то да повећава притисак. Одатле се ствара ударни талас и како убрзава, може да поремети звезду и проузрокује супернову.
Колико год звучало вјероватно, астрономи нису сигурни да ли би та теорија могла радити или не. Пошто се процеси супернове не могу поново створити у лабораторијским условима и не можемо директно да угледамо у унутрашњост супернове, једноставно ћемо се морати ослонити на рачунарске симулације. Тренутно су истраживачи у стању да рекреирају догађај супернове са сложеним математичким једначинама које копирају кретање звјезданог гаса и физикална својства која се догађају у критичном тренутку колапса језгре. Ове врсте рачунања захтевају употребу неких од најмоћнијих суперрачунара на свету, али је такође могуће користити поједностављене моделе да бисте добили исте резултате. "Ако су, на пример, кључни ефекти неутрина били укључени у неки детаљан третман, рачунарске симулације би се могле извести само у две димензије, што значи да се претпостављало да звезда у моделима има вештачку ротациону симетрију око осе." каже истраживачки тим.
Научници су уз подршку Рецхензентрум Гарцхинг (РЗГ) могли да креирају у јединствено ефикасном и брзом рачунарском програму. Омогућен им је и приступ најмоћнијим суперкомпјутерима и рачунарском наградом од скоро 150 милиона радних процесора, што је највећи контингент до сада додељен иницијативом Европске уније „Партнерство за напредно рачунарство у Европи (ПРАЦЕ)“, тим истраживача Института Мак Планцк за астрофизику (МПА) из Гарцхинга сада је могао по први пут да симулира процесе урушавања звезда у три димензије и са софистицираним описом свих релевантних физика.
„У ту сврху користили смо скоро 16.000 процесорских језгара у паралелном режиму, али још увек је једном моделу требало око 4,5 месеца непрекидног рачунања“, каже докторски студиј Флориан Ханке, који је извео симулације. Само два рачунарска центра у Европи била су у стању да обезбеде довољно снажне машине за тако дуге временске периоде, а то су ЦУРИЕ у Трес Гранд Центре де цалцул (ТГЦЦ) ду ЦЕА код Париза и СуперМУЦ у Леибниз-Рецхензентрум (ЛРЗ) у Минхену / Гарцхингу.
С обзиром на неколико хиљада милијарди бајтова података о симулацији, требало је времена да истраживачи у потпуности схвате импликације њихових модела. Међутим, оно што су видели обојица су их одушевили и изненадили. Звјездани плин дјелује на начин који сличи обичној конвекцији, при чему неутрини покрећу процес гријања. И то није све ... Они су такође пронашли снажне покрете ковања који се пролазно мењају у ротационе. Ово понашање је примећено и раније и названо је „Стандинг Аццретион Схоцк нестабилност“. Према саопштењу вести, „Овај израз изражава чињеницу да се почетна сферност ударног таласа супернове спонтано разбије, јер се шок развија у великој амплитуди, пулсирајуће асиметрије осцилаторним растом почетно малих, случајних сметања семена. До сада је то пронађено само у поједностављеним и непотпуним симулацијама модела. "
„Мој колега Тхиерри Фоглиззо на Астропхисикуе дес ЦЕА-Сацлаи у близини Париза добио је детаљно разумевање услова раста ове нестабилности“, објашњава Ханс-Тхомас Јанка, шеф истраживачког тима. "Конструисао је експеримент, у коме хидраулички скок у кружном току воде показује пулсирајуће асиметрије у блиској аналогији са шоком који пропада у језгру супернове." Познат и као аналогија плитке воде нестабилности, динамички процес може се показати на мање технизовани начин елиминисањем важних ефеката загревања неутрина - разлог због којег многи астрофизичари сумњају да би звезде које се урушавају могле проћи кроз ову врсту нестабилности. Међутим, нови рачунарски модели су у стању да покажу да је нестабилна шок нестабилност критични фактор.
"Не само да управља масовним покретима у језгру супернове, већ и намеће карактеристичне потписе емисије неутрина и гравитационог таласа, што ће бити мерљиво за будућу галактичку супернову. Штавише, то може довести до јаких асиметрија звездине експлозије, током којих ће новоформирана неутронска звезда добити велики ударац и окретање “, описује члан тима Бернхард Муллер најзначајније последице таквих динамичких процеса у језгру супернове.
Да ли смо завршили са истраживањем супернове? Да ли разумемо све што треба знати о неутронским звездама? Није тешко. У овом тренутку, научник је спреман да настави са својим истраживањима мерљивих ефеката повезаних са САСИ и прецизира своја предвиђања придружених сигнала. У будућности ће своје разумевање усавршавати радећи све дуже и дуже симулације како би открили како нестабилност и неутрино загревање реагују заједно. Можда ће једног дана успети да покажу да је та веза окидач који запали експлозију супернове и ствара неутронску звезду.
Изворни извор приче: Извештај Института Мака Планка за астрофизичке вести.
