Суперкомпьютерное моделирование простых 10, миллисекунды в крахе крупной звезды в нейтронную звезду доказывают, что эти катастрофические события, часто названные гиперновинками, могут произвести огромные магнитные поля, должно было взорвать звезду и исчерпать взрывы гамма-лучей, видимых на полпути через вселенную.Результаты моделирования, изданного онлайн 30 ноября перед публикацией в журнале Nature, демонстрируют, что, поскольку вращающаяся звезда разрушается, звезда и ее приложенное магнитное поле вращаются быстрее и быстрее, формируя динамо, которое газует на магнитном поле к миллиону миллиардов времен магнитное поле Земли.
Область это сильное достаточно, чтобы сосредоточить и ускорить газ вдоль оси вращения звезды, создавая два самолета, которые в конечном счете могут произвести противоположно направленные взрывы очень энергичных гамма-лучей.Первые электрические генераторы были динамо, производя ток как провода, вращаемые через магнитное поле. Звездные динамо производят электрический ток, когда магнитные поля перемещаются через пространство, в то время как ток в свою очередь повышает магнитное поле, приводящее к обратной связи, которая производит магнитные поля монстра.
«Динамо – способ взять небольшие магнитные структуры в крупной звезде и преобразовать их в большие и большие магнитные структуры, должен был произвести гиперновинки и долгие взрывы гамма-луча», сказал Филипп Моста, постдокторант УКА Беркли и первый автор статьи. «Это начинает процесс».«Люди полагали, что этот процесс мог удаться», сказал он. «Теперь мы на самом деле показываем его».Ключ к этому успеху был компьютерным моделированием в более прекрасной детали чем когда-либо прежде, хотя тот, который потребовал 130 000 компьютерных ядер, работающих параллельно по промежутку двух недель на Открытых морях, одном из самых мощных суперкомпьютеров в мире.
Это расположено в Национальном Центре Супервычисления Заявлений в Иллинойсском университете в Урбане-Шампейне.Гиперновинки производят тяжелые элементыАстрофизики как Mosta пытаются улучшить свои модели того, что делают звезды, когда они достигают концов своих жизней, надеясь объяснить странные космические явления – как взрывы гамма-луча и гиперновинки, которые вспыхивают в 10 раз более яркий, чем средняя сверхновая звезда – и понимают, как некоторые очень тяжелые найденные в природе элементы сделаны.«Теперь у нас есть первая модель прототипа, которая позволяет нам задавать вопрос, Как тяжелые элементы сделаны в этих сильных взрывах сверхновой звезды?» сказал Элиот Куэйтаерт, преподаватель УКА Беркли астрономии, который не был связан с исследованием.
«Прорыв вот состоит в том, что запуски команды Филиппа от относительно слабого магнитного поля и показывают его растущий, чтобы быть очень сильным и крупномасштабным последовательным магнитным полем вида, который, как обычно предполагается, является там, когда люди делают модели взрывов гамма-луча», сказал Куэйтаерт.Самые яркие события во вселенной
Взрывы гамма-луча так кратки и энергичны – долгие взрывы длятся приблизительно 100 секунд с длинами волны далеко вне видимых или ультрафиолетовых групп – что они не наблюдались до 1967 спутниками, ища доказательства испытаний ядерной бомбы. Большинство – миллиарды световых годов далеко в отдаленных галактиках, таким образом, факт, мы видим их во всех средствах, которые они среди самых ярких событий во вселенной.Наблюдения за прошлые 50 лет принудили астрономов предлагать, чтобы взрывы были произведены во время чрезвычайно редких взрывов крупных звезд – звезд 25 раз масса солнца или больше – но детали того, как такая гиперновинка производит сосредоточенные лучи гамма-лучей, все еще разрабатываются.
Эти звездные взрывы, как правило, классифицируются как Тип суперновинки Ic broadline.Считается, что самолеты, скрепляемые ультрасильными магнитными полями, требуются, чтобы приводить эти взрывы в действие, Моста сказал, но одно из недостающих звеньев было то, как звезда с нормальным магнитным полем, как этот солнца, могла усилить его квадрильон (1015) времена. Одна возможность состоит в том, что энергия, сохраненная во вращении разрушенной звезды, могла быть преобразована в магнитную энергию. Эти сильные магнитные поля могут также быть очень важными, чтобы помочь ускорить заряженные частицы к скорости и энергии, которая в состоянии произвести гамма-луч.
«Мы ожидаем, что только небольшая часть звезд будет вращаться достаточно быстро перед крахом, чтобы объяснить периоды вращения пульсара миллисекунд», сказал соавтор Кристиан Отт, преподаватель теоретической астрофизики в Калифорнийском технологическом институте. «Но если звезда прядет это быстро, то есть много энергии во вращении. Проблема состояла в том, как извлечь это и свалить ее во взрыв».Создание ультрасильных магнитных полейСверхновая звезда основного краха происходит, когда водородный сплав в ядре – какие звезды полномочий в течение большей части их жизни – остановки после всего водорода израсходованы и звезда, начинает плавить гелий и затем углерод и кислород.
Когда звезда наконец плавит все эти элементы в железо, сплав останавливается полностью, и давление в ядре звезды больше не может поддерживать гравитационный вес окружающего материала.В течение одной секунды, внутренняя звезда к радиусу приблизительно 1 500-километрового краха к нейтронной звезде приблизительно 10 – 15 километров через, содержа массу приблизительно 1,4 солнц. Это создает движущуюся внешним образом ударную волну, которая вкладывает во внешние слои звезды.
Поскольку внутренняя звезда разрушается на нейтронную звезду, она увеличивает свое вращение так же, как делающие пируэт ледяные конькобежцы вращаются быстрее, поскольку они тянут в их руках.Теоретики попытались объяснить, как крупные, вращающиеся звезды производят сильные магнитные поля после того, как они разрушились процессом, названным магнитовращательной нестабильностью: Слои звезды вращаются на различных скоростях, создавая турбулентность, которая формирует вложенные магнитные поля в трубы магнитного потока шириной в километр во многом как магнитные вспышки на солнце.
Но этот процесс может произвести магнитные поля намного более широкого масштаба, должен был стимулировать взрыв?«Что мы сделали, первые глобальные моделирования чрезвычайно с высоким разрешением этого, которые на самом деле показывают, что Вы создаете эту большую глобальную область из чисто бурной», сказал Моста. «Моделирования также демонстрируют механизм, чтобы сформировать магнетары, нейтронные звезды с чрезвычайно сильным магнитным полем, которое может вести конкретный класс очень ярких суперновинок».Quataert сравнивает процесс с тем, как небольшая турбулентность в атмосфере Земли соединяется в крупномасштабные ураганы.
Mosta и его коллеги нашли, что ключ к этому процессу в быстро вращающейся нейтронной звезде – постричь зона приблизительно 15 – 35 километров от звезды, где различные слои вращаются на совсем других скоростях, заставляя турбулентность, достаточно большую создавать динамо.Mosta работает над моделированиями, которые охватывают больше чем 10 миллисекунд эволюции звезды после краха или «постсильного удара», чтобы лучше понять, как разрушающийся вопрос и outflowing материал взаимодействуют с циркулирующими магнитными полями.
Другие соавторы с Мостой и Оттом – Дэвид Рэдис и Люк Робертс из Калифорнийского технологического института в Пасадене, Эрика Шнеттера из Института Периметра и Университета Гелфа в Онтарио, Канада, и Роланда Хааса из Института Макса Планка Гравитационной Физики в Потсдаме-Golm, Германия.Это исследование было поддержано Национальным научным фондом (AST-1212170, PHY-1151197, OCI-0905046), Программа Товарищества Эйнштейна Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства и Фонд Шермана Фэирчайлда.