Вчені влаштували комп’ютерний термоядерний вибух

Коли нейтронна зірка висмоктує матеріал із близького подвійного супутника, нестабільне термоядерне горіння цього накопиченого матеріалу може спричинити шалений вибух, який посилає рентгенівське випромінювання по всьому Всесвіту. Як саме ці потужні виверження розвиваються і поширюються поверхнею нейтронної зірки, залишається загадкою. Але, намагаючись відтворити спостережувані рентгенівські спалахи за допомогою моделювання, вчені дізнаються більше про їхні переваги та недоліки, а також про надщільні нейтронні зірки, які їх породжують.

«Ми можемо побачити, як ці події відбуваються в більш дрібних деталях за допомогою симуляції», — говорить обчислювальний астрофізик Майкл Зінгейл з Університету штату Нью-Йорк у Стоуні-Брук.

«Одна з речей, яку ми хочемо зробити, це зрозуміти властивості нейтронної зірки, тому що ми хочемо зрозуміти, як матерія поводиться при екстремальних густинах, які можна знайти в нейтронній зірці».

Нейтронні зірки є одними з найщільніших об’єктів у Всесвіті. Це те, що залишилося після того, як масивна зірка віджила своє життя, закінчилося паливо та вибухнула надновою. Однак поки зовнішній матеріал вилітає в космос, ядро ​​зірки руйнується під дією сили тяжіння, утворюючи надщільну кулю діаметром близько 20 кілометрів (12 миль), вміщуючи в цю крихітну сферу масу приблизно 2,3 Сонця.

Очікується , що матерія, яка роздавлена ​​так щільно, буде, м’яко кажучи, трохи дивною. Але вчені можуть досліджувати їхні термоядерні спалахи, щоб накласти обмеження на їхній розмір, що, у свою чергу, може допомогти змоделювати їх інтер’єр.

З кількох причин (відстань, небезпека тощо) ми не можемо підійти до нейтронної зірки, щоб уважніше розглянути її, але ми можемо зібрати всю необхідну інформацію про рентгенівське випромінювання нейтронної зірки. сплески, і спробуйте скласти симуляцію, результати якої відповідають даним спостережень.

Це звучить просто, але фізика нейтронних зірок справді складна; моделювання їх поведінки потребує великої обчислювальної потужності. У попередній роботі дослідники використовували суперкомп’ютер Summit в Національній лабораторії Ок-Ріджа для моделювання термоядерного полум’я у двох вимірах. Тепер вони продовжили цю роботу та розширили свої симуляції до третього виміру.

«Велика мета завжди полягає в тому, щоб пов’язати моделювання цих подій із тим, що ми спостерігали», — пояснює Зінгейл. «Ми прагнемо зрозуміти, як виглядає зірка, що лежить в основі, і дослідити, що ці моделі можуть робити в різних вимірах, є життєво важливим».

Модель тривимірної нейтронної зірки мала температуру в кілька мільйонів разів вище, ніж Сонце, і швидкість обертання 1000 обертів на секунду, що досить близько до теоретичної верхньої межі швидкості обертання нейтронної зірки. Потім вони змоделювали ранню еволюцію термоядерного полум’я.

Хоча полум’я у 2D-симуляції поширювалося трохи швидше, ніж у 3D-версії, тенденції зростання в обох моделях були дуже схожими. Ця угода означає, що двовимірне моделювання залишається хорошим інструментом для вивчення цих неспокійних вибухів, але все ще є деякі речі, які воно не може зробити. Наприклад, турбулентність поводиться по-різному в двох і трьох вимірах; але можливість використання 2D-симулятора для тих частин, які він може виконувати, звільнить обчислювальну потужність для інших речей, як-от підвищення точності запису.

Маючи цю інформацію під рукою, симуляції можна запустити, щоб отримати реальне розуміння того, як нейтронні зірки влаштовують свої величезні істерики.

«Ми близькі до моделювання поширення полум’я по всій зірці від полюса до полюса», — каже Зінгейл. «Це захоплююче». Дослідження опубліковано в The Astrophysical Journal.