Οι προσομειώσεις σε υπολογιστές μας επιτρέπουν να αποκτήσουμε εικόνα για την βίαιη συμπεριφορά των αστέρων νετρονίων. Όταν ένα άστρο νετρονίων τραβάει υλικό από τον στενό δυαδικό του σύντροφό του, η ασταθής θερμοπυρηνική καύση αυτού του συσσωρευμένου υλικού, μπορεί να προκαλέσει μια βίαιη έκρηξη που θα εκπέμψει ακτινοβολία Χ σε όλο το Σύμπαν.
Το πως εξελίσσονται αυτές οι ισχυρές εκρήξεις και πως εξαπλώνονται στην επιφάνεια ενός άστρου νετρονίων αποτελεί μυστήριο. Όμως οι επιστήμονες προσπαθούν να αναπαράγουν τις παρατηρούμενες εκλάμψεις ακτίνων Χ, μέσω προσομοιώσεων ώστε να μάθουν περισσότερα για το τι συμβαίνει μέσα στο άστρο και στο εξωτερικό του.
«Μπορούμε να δούμε αυτά τα γεγονότα να συμβαίνουν με πιο λεπτομέρεια με μια προσομοίωση»,λέει ο υπολογιστικός αστροφυσικός Michael Zingale από το Κρατικό Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης στο Stony Brook.
«Ένα από τα πράγματα που θέλουμε να κάνουμε είναι να κατανοήσουμε τις ιδιότητες του αστέρα νετρονίων γιατί θέλουμε να καταλάβουμε πώς συμπεριφέρεται η ύλη στις ακραίες πυκνότητες που θα βρείτε σε ένα αστέρι νετρονίων».
Τα αστέρια νετρονίων είναι από τα πιο πυκνά αντικείμενα στο Σύμπαν. Είναι τα απομεινάρια από ότι έμεινε από ένα αστέρι που έφτασε στο τέλος της ζωής του, ξεμένοντας από καύσιμα και τελικά εξερράγη σε ένα supernova.
Το εξωτερικό υλικό του αστέρα εκτοξεύεται στο διάστημα, όμως ο πυρήνας του άστρου καταρρέει από την βαρύτητα, σχηματίζοντας μια εξαιρετικά πυκνή σφαίρα πλάτους περίπου 20 χιλιομέτρων. Σε αυτό το μικρό χώρο, συσσωρεύει όλη τη μάζα που ισούται με 2.3 ήλιους!
Οι επιστήμονες μπορούν μέσω των προσημειώσεων να μελετήσουν τις θερμοπυρηνικές εκρήξεις για να θέσουν τους περιορισμούς στο μέγεθός τους, κάτι που με την σειρά του θα βοηθήσει στην μοντελοποίηση του εσωτερικού τους.
Δεν μπορούμε να πλησιάσουμε έναν αστέρα νετρονίων για να τον παρατηρήσουμε, για διάφορους λόγους, όπως η απόσταση και ο κίνδυνος. Μπορούμε όμως να συλλέξουμε πληροφορίες για τις ακτίνες Χ που παράγονται από τις εκρήξεις του αστέρα και στη συνέχεια να δημιουργήσουμε μια προσομείωσης, με τα αποτελέσματά της να ταιριάζουν με όσα έχουμε παρατηρήσει.
Αυτό μπορεί να ακούγεται απλό όμως η φυσική γύρω από τους αστέρες νετρονίων είναι πραγματικά πολύπλοκη. Μια τέτοια προσομείωση απαιτεί τεράστια υπολογιστική ισχύ.
Σε προηγούμενη εργασία , οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τον υπερυπολογιστή Summit στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge για να προσομοιώσουν τις θερμοπυρηνικές φλόγες σε δύο διαστάσεις. Τώρα έχουν βασιστεί σε αυτό το έργο και έχουν κλιμακώσει τις προσομοιώσεις τους σε μια τρίτη διάσταση.
“Ο μεγάλος στόχος είναι πάντα να συνδέσουμε τις προσομοιώσεις αυτών των γεγονότων με αυτό που έχουμε παρατηρήσει”, εξηγεί ο Zingale . «Σκοπεύουμε να καταλάβουμε πώς μοιάζει το υποκείμενο αστέρι και η εξερεύνηση του τι μπορούν να κάνουν αυτά τα μοντέλα σε όλες τις διαστάσεις είναι ζωτικής σημασίας».
Το μοντέλο της προσημείωσης έδειξε πως ο αστέρας νετρονίων είχε μερικά εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη θερμοκρασία από τον Ήλιο και ταχύτητα περιστροφής στις 1.000 περιστροφές ανά δευτερόλεπτο, που είναι κοντά στο θεωρητικό ανώτερο όριο της ταχύτητας περιστροφής ενός αστέρα νετρονίων. Στη συνέχεια προσομοίωσαν την αρχική εξέλιξη της θερμοπυρηνικής φλόγας.
Αν και η θερμοπυρηνική φλόγα στη δισδιάστατη προσομοίωση εξαπλώθηκε ελαφρώς πιο γρήγορα από ότι στην τρισδιάστατη, οι τάσεις ανάπτυξης στα δύο μοντέλα ήταν παρόμοιες. Αυτό δείχνει πως και η προσομοίωση σε δύο διαστάσεις παραμένει ένα καλό εργαλείο για τη μελέτη αυτών των βίαιων εκρήξεων, όμως έχει κάποιους περιορισμούς.
Για παράδειγμα, οι αναταράξεις συμπεριφέρονται διαφορετικά σε δύο και τρεις διαστάσεις. Όμως η δυνατότητα χρήσης της 2D προσομοίωσης, απαιτεί λιγότερους πόρους, που μπορούν να διατεθούν σε άλλα πράγματα, όπως η αύξηση της πιστότητας της καύσης.
Με αυτές τις πληροφορίες στη διάθεσή σας, οι προσομοιώσεις μπορούν να τεθούν σε λειτουργία για να δώσουν πραγματικές γνώσεις σχετικά με το πώς τα αστέρια νετρονίων εκτοξεύουν τα τρομερά τους ξεσπάσματα.
“Είμαστε κοντά στο να διαμορφώσουμε τη φλόγα που απλώνεται σε ολόκληρο το αστέρι από πόλο σε πόλο”, λέει ο Zingale. “Είναι συναρπαστικό.”
Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο The Astrophysical Journal.
Ακολουθήστε το Techmaniacs.gr στο Google News για να διαβάζετε πρώτοι όλα τα τεχνολογικά νέα. Ένας ακόμα τρόπος να μαθαίνετε τα πάντα πρώτοι είναι να προσθέσετε το Techmaniacs.gr στον RSS feeder σας χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο: https://techmaniacs.gr/feed/.
