Бурное рождение нейтронной звезды

Команда исследователей из Института Макса Планка провели одно из самых дорогих и сложных компьютерных моделирований в истории астрофизики. Они сумели с беспрецедентной точностью воспроизвести важный природный процесс формирования нейтронной звезды в центре родительской звезды в момент коллапса. Полученные результаты подтвердили основные научные представления о динамических процессах, происходящих, когда звезда становится сверхновой.

Звезды массой, превышающей массу нашего Солнца более чем 8-10 раз, заканчивают свою жизнь в пламени гигантского взрыва сверхновой, когда звездный газ с огромной силой устремляется в окружающее пространство. Сверхновая может затмить свет целой галактики на несколько недель. А на земном небосклоне она бывает видна даже днем.

Сверхновые превращаются в нейтронные звезды. Это очень необычные и экзотические космические объекты. по массе они примерно в полтора раза больше нашего Солнца, но при этом, диаметром с Париж или Лондон. Нейтронные звезды образуются в течение долей секунды, когда ядро коллапсирующей звезды взрывается, не выдержав тяжести собственной массы. И космическая катастрофа останавливается только тогда, когда величина плотности атомных ядер будет беспрецедентно превышена – то есть, когда гигантское количество звездного вещества в 300 миллионов тонн спрессуется в кубик, размером с кусочек сахара.

Процессы, происходящие в центре взрывающейся звезды, конечно, физически невозможно воспроизвести в лабораторных условиях. Но к счастью, в распоряжении ученых уже есть инструменты невероятно сложного компьютерного моделирования, где решаются сложные математические уравнения. Они описывают перемещения огромных масс звездного газа и физические процессы, происходящие в экстремальных условиях распадающегося ядра звезды. Для решения этой задачи используются самые мощные из существующих суперкомпьютеров.

«Хотя мы и использовали почти 16 000 процессорных ядер, работающих одновременно, но все же, первый просчет модели занял почти четыре с половиной месяца непрерывных вычислений» - рассказывает аспирант Флориан Ханке, производивший моделирование.
Группа ученых-астрофизиков из института Макса Планка осуществила компьютерное моделирование процессов в ядре звезды в состоянии коллапса. На изображении одна из фаз формирования нейтронной звезды через 0,278 сек после начала формирования

Потребовалось проанализировать и визуализировать многие терабайты данных, чтобы исследователи смогли вникнуть в суть процесса. Но то, что они увидели, поразило их. Звездный газ, нагреваемый энергией нейтрино, не только активно бурлит, но и кипит с характерным ростом грибовидных пузырьков. А сам процесс поразительно похож на кипение воды. Ученые также обнаружили мощные всплески, переходящие в быстрое и сильное вращение. Такое поведение вещества было известно ранее и было названо SASI – стоячая аккреционная ударная волна.

Таким образом, подтвердилась догадка учёных о том, что при приближении масс вещества к центру звезды нарастают мощные хаотичные асимметричные всплески, и материя практически срывается «в штопор». А дальше происходит взрыв сверхновой.

Команде ученых с их реалистичной компьютерной моделью впервые удалось продемонстрировать важную роль стоячей аккреционной ударной волны (SASI). Теперь исследователи планируют изучить эффекты, связанные с SASI, более подробно.