Ini adalah salah satu peristiwa paling sengit dan ganas di luar angkasa - supernova. Melalui penggunaan simulasi komputer yang canggih, mereka dapat membuat model tiga dimensi yang menunjukkan kesan fizikal - gerakan yang kuat dan ganas yang berlaku ketika bahan bintang ditarik ke dalam. Ini adalah pandangan baru yang berani dalam dinamika yang berlaku semasa bintang meletup.
Seperti yang kita ketahui, bintang-bintang yang mempunyai massa lapan hingga sepuluh kali Matahari ditakdirkan untuk mengakhiri nyawa mereka dalam letupan besar-besaran, gas-gas itu ditiup ke angkasa dengan kekuatan yang luar biasa. Kejadian bencana ini adalah antara peristiwa paling terang dan paling kuat di Alam Semesta dan dapat menggegarkan galaksi ketika ia berlaku. Proses inilah yang menjadikan unsur-unsur penting bagi kehidupan seperti yang kita ketahui - dan permulaan bintang-bintang neutron.
Bintang-bintang neutron adalah teka-teki bagi diri mereka sendiri. Sisa bintang yang sangat padat ini mengandungi sebanyak 1.5 kali jisim Matahari, namun dimampatkan dengan ukuran sebuah kota. Ia bukan tekanan yang perlahan. Mampatan ini berlaku apabila inti bintang meletup dari graviti kuat jisimnya sendiri ... dan hanya memerlukan sepersekian saat. Bolehkah ada yang menghalangnya? Ya. Ia mempunyai had. Keruntuhan berhenti apabila ketumpatan inti atom dilebihi. Itu setanding dengan sekitar 300 juta tan yang dimampatkan menjadi ukuran gula batu.
Mempelajari bintang-bintang neutron akan membuka dimensi baru bagi soalan yang ingin dijawab oleh para saintis. Mereka ingin mengetahui apa yang menyebabkan gangguan bintang dan bagaimana letupan inti bintang boleh menjadi letupan. Pada masa ini, mereka berteori bahawa neutrino mungkin menjadi faktor kritikal. Zarah unsur kecil ini diciptakan dan diusir dalam jumlah monumental semasa proses supernova dan boleh berfungsi sebagai elemen pemanasan yang menyalakan letupan. Menurut pasukan penyelidik, neutrino dapat memberikan tenaga ke dalam gas bintang, menyebabkannya meningkatkan tekanan. Dari sana, gelombang kejutan diciptakan dan ketika melaju, ia dapat mengganggu bintang dan menyebabkan supernova.
Seperti yang mungkin masuk akal, ahli astronomi tidak pasti sama ada teori ini dapat berfungsi atau tidak. Oleh kerana proses supernova tidak dapat dibuat semula dalam keadaan makmal dan kita tidak dapat melihat secara langsung bahagian dalam supernova, kita hanya perlu bergantung pada simulasi komputer. Buat masa ini, para penyelidik dapat mencipta peristiwa supernova dengan persamaan matematik kompleks yang mereplikasi pergerakan gas bintang dan sifat fizikal yang berlaku pada saat kritikal keruntuhan teras. Jenis pengiraan ini memerlukan penggunaan beberapa superkomputer paling berkuasa di dunia, tetapi juga mungkin menggunakan model yang lebih mudah untuk mendapatkan hasil yang sama. "Jika, sebagai contoh, kesan penting dari neutrino dimasukkan dalam beberapa rawatan terperinci, simulasi komputer hanya dapat dilakukan dalam dua dimensi, yang bermaksud bahawa bintang dalam model diasumsikan memiliki simetri putaran buatan di sekitar sumbu." kata pasukan penyelidik.
Dengan sokongan Rechenzentrum Garching (RZG), para saintis dapat membuat program komputer yang berkesan dan pantas. Mereka juga diberi akses kepada superkomputer yang paling kuat, dan penghargaan waktu komputer hampir 150 juta jam pemproses, yang merupakan kontinjen terhebat sejauh ini yang diberikan oleh inisiatif “Partnership for Advanced Computing in Europe (PRACE)” Kesatuan Eropah, yang pasukan penyelidik di Max Planck Institute for Astrophysics (MPA) di Garching kini dapat buat pertama kalinya mensimulasikan proses-proses dalam keruntuhan bintang dalam tiga dimensi dan dengan penerangan yang canggih mengenai semua fizik yang berkaitan.
"Untuk tujuan ini, kami menggunakan hampir 16.000 teras pemproses dalam mod selari, tetapi masih satu model berjalan memerlukan kira-kira 4.5 bulan pengkomputeran berterusan", kata pelajar PhD Florian Hanke, yang melakukan simulasi. Hanya dua pusat pengkomputeran di Eropah yang dapat menyediakan mesin yang cukup berkuasa untuk jangka masa yang panjang, iaitu CURIE di Très Grand Center de calcul (TGCC) du CEA dekat Paris dan SuperMUC di Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) di Munich / Garching.
Memandangkan beberapa ribu bilion bait data simulasi, diperlukan beberapa saat sebelum penyelidik dapat memahami sepenuhnya implikasi model mereka. Namun, apa yang mereka lihat gembira dan mengejutkan mereka. Gas bintang dilakukan dengan cara yang hampir sama seperti perolakan biasa, dengan neutrino mendorong proses pemanasan. Dan bukan itu sahaja ... Mereka juga menemui gerakan perlahan yang berubah secara sementara ke gerakan putaran. Tingkah laku ini telah diperhatikan sebelumnya dan dinamakan Standing Accretion Shock Instability. Menurut siaran berita, "Istilah ini mengungkapkan fakta bahawa sferis awal gelombang kejutan supernova dipecahkan secara spontan, kerana kejutan tersebut mengembangkan asimetri berdenyut besar, berdenyut oleh pertumbuhan berayun pada awalnya gangguan benih kecil yang rawak. Namun, setakat ini, ini hanya terdapat dalam simulasi model yang ringkas dan tidak lengkap. "
"Rakan sekerja saya Thierry Foglizzo di Service d 'Astrophysique des CEA-Saclay dekat Paris telah memperoleh pemahaman terperinci mengenai keadaan pertumbuhan ketidakstabilan ini", jelas Hans-Thomas Janka, ketua pasukan penyelidikan. "Dia telah membuat eksperimen, di mana lompatan hidraulik dalam aliran air bulat menunjukkan asimetri pulsasional dalam analogi dekat dengan bahagian depan kejutan dalam jatuhan inti supernova." Dikenali sebagai Analog Air Cetek Ketidakstabilan Kejutan, proses dinamik dapat ditunjukkan dengan cara yang kurang teknikal dengan menghilangkan kesan penting pemanasan neutrino - sebab yang menyebabkan banyak ahli astrofizik ragu bahawa bintang yang jatuh mungkin mengalami ketidakstabilan jenis ini. Walau bagaimanapun, model komputer yang baru dapat menunjukkan Ketidakstabilan Standing Accretion Shock adalah faktor kritikal.
"Ia tidak hanya mengatur gerakan massa dalam inti supernova tetapi juga memaksakan tanda tangan khas pada pelepasan gelombang neutrino dan gravitasi, yang akan dapat diukur untuk supernova Galactic di masa depan. Lebih-lebih lagi, ia boleh menyebabkan asimetri kuat dari ledakan bintang, yang mana bintang neutron yang baru terbentuk akan menerima tendangan dan putaran yang besar. ”, Menggambarkan ahli pasukan Bernhard Müller akibat paling ketara dari proses dinamik seperti itu dalam inti supernova.
Adakah kita sudah selesai dengan penyelidikan supernova? Adakah kita memahami semua yang perlu diketahui mengenai bintang neutron? Tidak sukar. Pada masa ini, saintis itu bersedia untuk melanjutkan penyelidikan mereka mengenai kesan yang dapat diukur yang berkaitan dengan SASI dan memperbaiki ramalan mereka mengenai isyarat yang berkaitan. Di masa depan mereka akan meningkatkan pemahaman mereka dengan melakukan simulasi yang lebih lama dan lebih lama untuk mendedahkan bagaimana ketidakstabilan dan pemanasan neutrino bertindak balas bersama. Mungkin suatu hari nanti mereka dapat menunjukkan hubungan ini menjadi pencetus yang mencetuskan letupan supernova dan mengandung bintang neutron.
Sumber Kisah Asal: Max Planck Institute for Astrophysics News Release.
