3D-Supernova-Simulationen zeigen Geheimnisse sterbender Sterne

Die größten Sterne im Universum (Juli 2019).

Anonim

Ein internationales Forscherteam unter Leitung eines Monash-Astronomen hat das bislang längste konsistente 3D-Modell einer Neutrino-getriebenen Supernova-Explosion erstellt, das Wissenschaftlern hilft, die gewaltsamen Todesfälle massereicher Sterne besser zu verstehen.

Die Forschung, die mit den Supercomputern Raijin und Magnus in Australien und anderen in Deutschland und Großbritannien durchgeführt wurde, wurde in der Zeitschrift "Monthly Notices" der Royal Astronomical Society veröffentlicht.

Die größten Explosionen im Universum, sogenannte "Supernovae", treten auf, wenn Sterne, die um ein Vielfaches größer als unsere eigene Sonne sind, das Ende ihres Lebens erreichen und den Kernbrennstoff in ihren Zentren ausstoßen. An diesem Punkt unterliegt der innerste Teil des Sterns, ein Eisenkern, der etwa 1, 5 mal so massiv ist wie die Sonne, der Gravitation und kollabiert innerhalb von Sekundenbruchteilen zu einem ultradichten Neutronenstern.

"Wissenschaftler haben sich darüber gewundert, wie aus dem Kollaps eines Sterns eine Explosion wird", sagte der Hauptautor der Studie, Dr. Bernhard Müller, von der Fakultät für Physik und Astronomie und dem Monash Center for Astrophysics.

"Das Forscherteam hat an einer Lösung für dieses Problem gearbeitet, und die vielversprechendste Theorie besagt, dass Licht und schwache wechselwirkende Teilchen, die Neutrinos genannt werden, der Schlüssel dazu sind."

Eine große Anzahl von Neutrinos wird von der Oberfläche des jungen Neutronensterns emittiert, und wenn die durch den anfänglichen Kollaps verursachte Erwärmung ausreichend stark ist, treibt die durch Neutrino geheizte Materie eine expandierende Schockwelle durch den Stern und der Kollaps wird umgekehrt.

"Wissenschaftler haben lange versucht zu zeigen, dass diese Idee mit Hilfe von Computersimulationen funktioniert, aber die Computermodelle explodieren oft nicht und können nicht lange genug laufen, um beobachtete Supernovae zu reproduzieren", sagte Dr. Müller.

"Entscheidend für den Erfolg in 3-D ist das heftige Aufwirbeln von heißem und kaltem Material hinter der Schockwelle, die sich auf natürliche Weise durch die Neutrino-Erwärmung entwickelt."

Das Team, bestehend aus Forschern der Monash University (Australien), der Queen's University Belfast und des Max-Planck-Instituts für Astrophysik (Deutschland), simulierte in den letzten sechs Minuten die Fusion von Sauerstoff und Silizium in einem 18-mal so großen Stern wie unsere Sonne vor der Supernova.

Sie fanden heraus, dass sie eine erfolgreiche Explosion erreichen konnten, weil die kollabierende Silizium-Sauerstoff-Schale bereits stark gerührt wurde.

Sie folgten dann der Explosion für mehr als 2 Sekunden. Obwohl es noch etwa einen Tag dauert, bis der Schock die Oberfläche erreicht hat, konnten sie feststellen, dass die Explosion und der übriggebliebene Neutronenstern anfingen, wie diejenigen zu sein, die wir in der Natur beobachten.

"Es ist beruhigend, dass wir jetzt plausible Explosionsmodelle bekommen, ohne sie von Hand zu verändern", sagt Dr. Bernhard Müller.

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