.
Lai gan intensīvie magnētiskie lauki jau sen tiek uzskatīti par spēcīgākās supernovas cēloni, astrofiziķi ir izveidojuši magnētiskā lauka datora modeli, parādot, kas notiek mirstošās zvaigznes iekšpusē, pirms tas kļūst par kosmosa monstru.
Kad masveida zvaigznes mirst, tās eksplodē. Bet dažreiz šādas zvaigznes eksplodē ļoti spēcīgi un rada vienu no spēcīgākajiem sprādzieniem novērojamajā Visumā.
Ja masveida zvaigzne noņem ūdeņraža degvielas piegādi, spēcīga gravitācija kodolā izraisa pakāpenisku tās masīvāko elementu saplūšanu. Kosmiskā mērogā šis process ir ātrs. Bet, tiklīdz rodas saplūšana ar dzelzi, process pēkšņi apstājas. Termo kodolreakcija kodolā apstājas, un smaguma spēks cenšas to pilnībā iznīcināt.
Tikai vienas sekundes laikā zvaigznes kodols ir strauji saspiests un samazinās diametrā no 1000 līdz 10 jūdzēm, kas noved pie patiesi gigantisku triecienviļņu rašanās, kas rezultātā nojauc zvaigzni. Īsāk sakot, notiek šādi: zvaigzne izsmidzina degvielu, kompresiju, trieciena viļņus, masveida sprādzienu. Viss, kas paliek no tā, ir strauji augošs karstā gāzes mākonis un neliela neitronu zvaigzne, kas strauji vēršas tajā vietā, kur kodols bija.
Šis modelis ir saprotams un labi piemērots, lai izskaidrotu, kā masīvās zvaigznes mirst. Bet dažreiz, visuma vistālākajos stūros, astronomi paziņo par zvaigznēm, kuru spēks ievērojami pārsniedz to, ko var izskaidrot ar tradicionālajiem supernovas modeļiem. Šādus sprādzienus sauc par gamma staru sprādzieniem, un tiek uzskatīts, ka to izskatu izraisa īpaša supernovas šķirne Hypernova. Līdztekus tam, ka Hypernova ir nosaukta par nelieti no filmas, kas balstīta uz Marvela komiksiem, tā ir arī magnētiskās intensitātes izpausme. Masīvās zvaigznes kodola sabrukums ne tikai izraisa strauju tā blīvuma pieaugumu. Zvaigzne turpina griezties, un, tāpat kā daiļslidotājs, kurš rotācijas laikā piespiež rokas, sabrukušās zvaigznes sabrukuma kodols sāk „ātri atrist”. Līdztekus rotācijai ārkārtīgi koncentrējas turbulentās strāvas pārkarsētās plazmas emisijās un zvaigznes magnētiskais lauks.
Hypernova zvaigzne, kas veido 2 gamma sprauslas (mākslinieka skatījumā)
Līdz šim tika uzskatīts, ka supernovas kodola sabrukuma izraisītās sekas ir pietiekami labi izpētītas - teorētiski, bet apstiprinātas ar supernovu novērojumiem. Taču līdz šim brīdim hipernovu (un gamma pārrāvumu) mehānisms nav pilnībā izpētīts.
Izmantojot simulācijas vienā no spēcīgākajiem superdatoriem uz planētas, starptautiskā pētnieku komanda sabrukuma laikā izveidoja hipernovas pamatmodeli, kas bija daļa no sekundes pēc sprādziena. Un tas, ko viņi atklāja, var palīdzēt izjaukt gamma staru pārrāvumu noslēpumu.
Tiek uzskatīts, ka gamma staru sprādzienu augsto enerģiju izraisa kaut kas, kas rodas masveida zvaigznes kodolā tā sabrukšanas un pārvēršanas laikā supernovā. Kaut kas izspiež materiālu un enerģiju pretējos virzienos, veidojot divus ļoti koncentrētus (vai kolimētus) sprauslas, kas izcēlās no supernovas magnētiskajiem stabiem. Šīs sprauslas ir tik intensīvas, ka, ja viena no tām ir vērsta uz Zemi, tad no tās radītais starojums radīs iespaidu, ka to izraisa daudz spēcīgāks sprādziens nekā parastās supernovas sprādziens. „Mēs centāmies atrast pamatmehānismu, galveno instrumentu un uzzināt, kāpēc zvaigznes sabrukums var izraisīt šādu sprauslu veidošanos,” sacīja Ēriks Šnetters no Teorētiskās fizikas institūta Voterū, Ontārijā, kurš izstrādāja modeli mirstošā simulatora izveidei. zvaigznes
Lai saprastu, kāpēc šīs sprauslas ir tik spēcīgas, iedomājieties, ka uz zemes novietota dinamīta nūja, un uz lielgabala novietota lielgabala bumba. Kad dinamīts eksplodē, būs skaļa sprādziena, un, iespējams, no tā paliks neliela smēķēšanas piltuve. Bet lielgabala nav iespējams lidot tālu. Visticamāk, nedaudz lēkt uz augšu un pabīdiet piltuvē. Bet, ja jūs uzliekat vienu un to pašu dinamītu metāla caurulē, aizverat vienu galu un ritiniet lielgabalu atvērtā - sprādziena laikā visa enerģija tiks koncentrēta caurules atvērtajā galā, un serdeņi lidos simtiem metru.
Pēc analoģijas ar dinamītu, lielākā daļa hipernovas enerģijas tiek koncentrēta divās sprauslās, kas atrodas magnētisko "cauruļu" iekšpusē. Tāpēc, kad mēs redzam uz mums vērstu strūklu, šķiet, ka tas ir daudzkārt spilgtāks (un spēcīgāks), nekā tā komponentu spilgtums būtu, ja tās enerģijas supernova tiktu izvadīta visos virzienos. Tas ir gamma staru sprādziens.
Tomēr šādu sprauslu veidošanās process bija gandrīz nesaprotams. Bet modelēšana uz Blue Waters superdatoru, kas atrodas Ilinoisas Universitātes Nacionālajā superdatoru lietojumprogrammu centrā, Urbana-Champaign, kas aizņēma 2 nedēļas, atklāja ārkārtīgi spēcīgu dinamo, ko izraisīja turbulence, kas, iespējams, ir visu šo iemeslu dēļ. „Ar dinamo palīdzību mazas magnētiskās struktūras iekrīt masīvā zvaigznē un kļūst par arvien lielākām magnētiskām struktūrām, kas nepieciešamas hipernovu un garu staru pārrāvumu veidošanai,” teica doktora Phillip Mosta no Kalifornijas Universitātes Berkelejā, pirmā pētījuma autore. žurnālā Nature. “Tas sāk visu procesu.”
“Ilgu laiku tika uzskatīts, ka tas ir iespējams. Un tagad mēs to parādījām. ”
Atjaunojot mirstošās zvaigznes kodola mazo struktūru sabrukuma laikā, pētnieki pirmo reizi parādīja, ka mehānisms, ko sauc par “magnētisko rotācijas nestabilitāti”, var izraisīt spēcīgus magnētiskos apstākļus hipernovas kodolā, kas veicina spēcīgu sprauslu veidošanos.
Ir zināms, ka dažādi zvaigznes slāņi rotē dažādos ātrumos. Pat mūsu saulei ir atšķirīga rotācija. Kad masveida zvaigzne sabrūk, diferenciālā rotācija rada spēcīgu nestabilitāti, radot turbulenci, kas magnētiskos laukus pārvērš par caurulēm ar spēcīgu magnētisko plūsmu. Šāda ātra izlīdzināšana pa vienu līniju paātrina zvaigžņu plazmu, kas savukārt palielina magnētiskā lauka rotāciju ar kvadriljoniem (tas ir 1 ar 15 nullēm). Šis apburtais loks noved pie materiāla ātras atbrīvošanas no magnētiskajiem stabiem un izraisa hipernovas un gamma staru pārrāvuma mehānismu.
Lielākā daļa uzskata, ka šī situācija ir līdzīga tai, cik spēcīgs viesuļvētras veido Zemes atmosfēru. Mazas turbulences plūsmas saplūst vienā lielā ciklonā. Tāpēc hipernova var tikt uzskatīta par „ideālu vētru”, kurā neliela turbulence sabrukuma kodolā rada spēcīgus magnētiskos laukus, kas savukārt, piemērotos apstākļos, rada intensīvu materiāla strūklu. „Mēs pirmo reizi veicām šī procesa lielo simulāciju ļoti augstā izšķirtspējā, kas liecina par liela globāla lauka veidošanos no ārkārtīgi turbulentiem,” sacīja Most. „Simulācija demonstrē arī magnētu un neitronu zvaigžņu veidošanās mehānismu ar ļoti spēcīgu magnētisko lauku, kas var izraisīt īpašas ļoti spilgtas supernovas klases parādīšanos.”
Lai gan pats par sevi ir interesanti pētīt visspēcīgākos sprādzienus Visumā, šis pētījums var arī palīdzēt saprast, kā tika izveidoti daži no mūsu Visuma smagākajiem elementiem.
