Астрофизики в Калифорнийском университете, Санта-Круз (UCSC) и Миннесотский университет пришли к этому заключению после управления многими суперкомпьютерными моделированиями при Национальном энергетическом Исследовании (САМКИ) Министерства энергетики Научный Вычислительный центр (NERSC) и Миннесотский Институт Супервычисления в Миннесотском университете. Они положились экстенсивно на CASTRO, сжимаемый кодекс астрофизики, разработанный в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли САМКИ Computational Research Division (CRD) (Berkeley Lab).
Их результаты были недавно изданы в Астрофизическом Журнале (ApJ).Звезды первого поколения особенно интересны, потому что они произвели первые тяжелые элементы или химические элементы кроме водорода и гелия.
В смерти они послали свои химические создания в космос, проложив путь к последующим поколениям звезд, солнечных систем и галактик. С большим пониманием того, как эти первые звезды умерли, ученые надеются подобрать некоторое понимание о том, как Вселенная, поскольку мы знаем это сегодня, оказалась.«Мы нашли, что есть узкое окно, где суперкрупные звезды могли взорваться полностью вместо того, чтобы стать суперкрупной черной дырой – никто никогда не находил этот механизм прежде», говорит Кэ-Юнг Чен, постдокторский исследователь в UCSC и ведущий автор газеты ApJ. «Без ресурсов NERSC это взяло бы нас намного дольше, чтобы достигнуть этого результата. С пользовательской точки зрения средством управляют очень эффективно, и это – чрезвычайно удобное место, чтобы сделать науку».
Моделирования: что продолжается?Чтобы смоделировать жизнь исконной суперкрупной звезды, Чен и его коллеги использовали одномерный звездный кодекс эволюции под названием KEPLER.
Этот кодекс принимает во внимание ключевые процессы как ядерное горение и звездная конвекция. И важный для крупных звезд, фотораспада элементов, производства пары электронного позитрона и специальных релятивистских эффектов. Команда также включала общие релятивистские эффекты, которые важны для звезд выше 1 000 солнечных масс.
Они нашли, что исконные звезды между 55 000 – 56 000 солнечных масс, живых приблизительно 1,69 миллиона лет прежде, чем стать нестабильными из-за общих релятивистских эффектов и затем, начинают разрушаться. Поскольку звезда разрушается, она начинает быстро синтезировать тяжелые элементы как кислород, неон, магний и кремний, начинающийся с гелия в его ядре. Этот процесс выпускает больше энергии, чем энергия связи звезды, останавливая крах и вызывая крупный взрыв: сверхновая звезда.
Чтобы смоделировать смертельные механизмы этих звезд, Чен и его коллеги использовали CASTRO – многомерный сжимаемый кодекс астрофизики, разработанный в Berkeley Lab учеными Энн Алмгрен и Джоном Беллом. Эти моделирования показывают, что, как только крах полностью изменен, нестабильность Рэлея-Taylor смешивает тяжелые элементы, произведенные в заключительные моменты звезды всюду по самой звезде. Исследователи говорят, что это смешивание должно создать отличную наблюдательную подпись, которая могла быть обнаружена предстоящими почти инфракрасными экспериментами, такими как Евклид Европейского космического агентства и Широко-полевой Инфракрасный Телескоп Обзора НАСА.
В зависимости от интенсивности суперновинок некоторые суперкрупные звезды, когда они взрываются, могли обогатить свою всю галактику хозяина и даже некоторые соседние галактики с элементами в пределах от углерода к кремнию. В некоторых случаях сверхновая звезда может даже вызвать взрыв звездного формирования в его галактике хозяина, которая сделала бы его визуально отличным от других молодых галактик.
«Моя работа включает изучение суперновинок очень крупных звезд с новыми физическими процессами вне гидродинамики, таким образом, я сотрудничал с Энн Алмгрен, чтобы приспособить CASTRO ко многим различным проектам за эти годы», говорит Чен. «Прежде чем я буду управлять своими моделированиями, я, как правило, думаю о физике, я должен решить конкретную проблему. Я тогда работаю с Энн, чтобы разработать некоторый кодекс и включить его в CASTRO. Это – очень эффективная система».
Чтобы визуализировать его данные, Чен использовал общедоступный инструмент под названием VisIt, который был спроектирован Хэнком Чилдсом, раньше научным сотрудником из Berkeley Lab. «Большую часть времени я сделал свою собственную визуализацию, но когда были вещи, которые я должен был изменить или настроить, я кину Хэнку письмо, и это было очень полезно».Чен закончил большую часть этой работы, в то время как он был аспирантом в Миннесотском университете.
Он закончил своего доктора философии в физике в 2013.