إنها واحدة من أكثر الأحداث كثافة وعنفًا في الفضاء - مستعر أعظم. من خلال استخدام المحاكاة الحاسوبية المعقدة ، تمكنوا من إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد تظهر الآثار الجسدية - حركات شديدة وعنيفة تحدث عندما يتم سحب المواد النجمية إلى الداخل. إنها نظرة جريئة وجديدة على الديناميكيات التي تحدث عندما ينفجر نجم.
كما نعلم ، فإن النجوم التي لديها كتلة الشمس ثمانية إلى عشرة أضعاف مصيرها لإنهاء حياتهم في انفجار هائل ، الغازات تتطاير في الفضاء بقوة لا تصدق. هذه الأحداث الكارثية هي من بين أكثر الأحداث سطوعًا وقوة في الكون ويمكن أن تتفوق على المجرة عند حدوثها. هذه العملية بالذات هي التي تخلق عناصر مهمة للحياة كما نعرفها - وبدايات النجوم النيوترونية.
النجوم النيوترونية لغز في حد ذاتها. تحتوي هذه البقايا النجمية المدمجة للغاية على ما يصل إلى 1.5 مرة من كتلة الشمس ، ومع ذلك يتم ضغطها حسب حجم المدينة. ليس ضغطًا بطيئًا. يحدث هذا الانضغاط عندما ينفجر النجم النجمي من الجاذبية الشديدة لكتلته ... ولا يستغرق سوى جزء من الثانية. يمكن لأي شيء أن يوقفها؟ نعم. لها حد. ينهار الانهيار عندما يتم تجاوز كثافة النوى الذرية. وهذا يضاهي حوالي 300 مليون طن مضغوطة في شيء بحجم مكعب السكر.
تفتح دراسة النجوم النيوترونية بعدًا جديدًا تمامًا للأسئلة التي يحرص العلماء على الإجابة عنها. إنهم يريدون معرفة أسباب الاضطراب النجمي وكيف يمكن أن ينفجر انفجار النجم النجمي. في الوقت الحاضر ، يعتقدون أن النيوترينوات قد تكون عاملاً حرجًا. يتم إنشاء هذه الجسيمات الدقيقة وطردها بأعداد ضخمة أثناء عملية السوبرنوفا وقد تعمل بشكل جيد كعناصر تسخين تشعل الانفجار. وفقًا لفريق البحث ، يمكن للنيوتريونات نقل الطاقة إلى الغاز النجمي ، مما يتسبب في زيادة الضغط. من هناك ، يتم إنشاء موجة صدمة وعندما تسرع ، يمكن أن تعطل النجم وتتسبب في حدوث مستعر أعظم.
على الرغم من أنها قد تبدو معقولة ، فإن الفلكيين غير متأكدين مما إذا كانت هذه النظرية يمكن أن تعمل أم لا. نظرًا لأن عمليات السوبرنوفا لا يمكن إعادة إنشائها في ظروف المختبر ولا يمكننا مشاهدة مباشرة داخل السوبرنوفا ، سيتعين علينا الاعتماد فقط على محاكاة الكمبيوتر. في الوقت الحالي ، يستطيع الباحثون إعادة إنشاء حدث مستعر أعظم باستخدام معادلات رياضية معقدة تكرر حركات الغاز النجمي والخواص الفيزيائية التي تحدث في اللحظة الحاسمة لانهيار اللب. تتطلب هذه الأنواع من الحسابات استخدام بعض أقوى الحواسيب الفائقة في العالم ، ولكن كان من الممكن أيضًا استخدام نماذج أكثر بساطة للحصول على نفس النتائج. "إذا تم ، على سبيل المثال ، تضمين الآثار الحاسمة للنيوترينوات في بعض العلاجات التفصيلية ، فلا يمكن إجراء المحاكاة الحاسوبية إلا في بعدين ، مما يعني أن النجم في النماذج كان يفترض أن يكون لديه تناظر دوراني اصطناعي حول محور." يقول فريق البحث.
بدعم من Rechenzentrum Garching (RZG) ، تمكن العلماء من الإبداع في برنامج كمبيوتر سريع وفعال. كما تم منحهم إمكانية الوصول إلى أقوى أجهزة الكمبيوتر العملاقة ، وجائزة وقت الكمبيوتر التي تبلغ 150 مليون ساعة معالج تقريبًا ، وهي أكبر وحدة تم منحها حتى الآن من خلال مبادرة "الشراكة من أجل الحوسبة المتقدمة في أوروبا (PRACE)" التابعة للاتحاد الأوروبي ، يمكن لفريق الباحثين في معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية (MPA) في جارشنج الآن محاكاة العمليات في انهيار النجوم في ثلاثة أبعاد ومع وصف متطور لجميع الفيزياء ذات الصلة.
يقول فلوريان هانكي ، طالب الدكتوراه ، الذي أجرى المحاكاة: "لهذا الغرض ، استخدمنا ما يقرب من 16000 نواة معالج في الوضع الموازي ، ولكن لا يزال تشغيل نموذج واحد يستغرق حوالي 4.5 شهرًا من الحوسبة المستمرة". تمكن مركزان للحوسبة فقط في أوروبا من توفير آلات قوية بما فيه الكفاية لهذه الفترات الطويلة من الزمن ، وهما CURIE في Très Grand Centre de calcul (TGCC) du CEA بالقرب من باريس و SuperMUC في Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) في ميونيخ / غارتشينغ.
بالنظر إلى عدة آلاف من المليار بايت من بيانات المحاكاة ، استغرق الأمر بعض الوقت قبل أن يتمكن الباحثون من فهم آثار تشغيل النموذج بشكل كامل. ومع ذلك ، فإن ما رأوه مبتهج وفاجأهم. أداء الغاز النجمى بطريقة تشبه إلى حد كبير الحمل الحراري العادي ، حيث تقود النيوترينوات عملية التسخين. وهذا ليس كل شيء ... لقد وجدوا أيضًا حركات انزلاق قوية تتغير بشكل عابر إلى حركات دورانية. وقد تمت ملاحظة هذا السلوك من قبل وتم تسميته عدم استقرار الصدمة الدائمة. وفقًا للبيان الصحفي ، "يعبر هذا المصطلح عن حقيقة أن كروية موجة صدمة المستعرات الأعظمية تنكسر تلقائيًا ، لأن الصدمة تطور عدم تناسق واسع النطاق ونابض من خلال النمو التذبذب لاضطرابات البذور العشوائية الصغيرة في البداية. ومع ذلك ، تم العثور على هذا حتى الآن فقط في محاكاة النماذج المبسطة وغير المكتملة ".
يشرح هانز توماس جانكا ، رئيس فريق البحث: "إن زميلي تييري فوجليزو في خدمة Astrophysique des CEA-Saclay بالقرب من باريس قد حصل على فهم مفصل لظروف النمو لهذا الاضطراب". "لقد قام بتجربة ، حيث تظهر قفزة هيدروليكية في تدفق دائري للمياه عدم تناسق نبضي في تشابه وثيق مع جبهة الصدمة في انهيار مادة قلب المستعر الأعظم." تُعرف العملية الديناميكية المعروفة باسم المياه الضحلة من عدم استقرار الصدمات ، بطريقة ديناميكية بطريقة أقل تقنيًا من خلال القضاء على الآثار الهامة لتسخين النيوترينو - وهو سبب يجعل العديد من علماء الفيزياء الفلكية يشكون في أن النجوم المنهارة قد تمر بهذا النوع من عدم الاستقرار. ومع ذلك ، فإن نماذج الكمبيوتر الجديدة قادرة على إثبات عدم استقرار الصدمة الدائمة عامل حاسم.
"إنه لا يحكم فقط الحركات الجماعية في قلب المستعر الأعظم ولكنه يفرض أيضًا توقيعات مميزة على انبعاث موجات النيوترينو وموجات الجاذبية ، والتي ستكون قابلة للقياس للمستعر الأعظم المستقبلي في المجرة. علاوة على ذلك ، قد يؤدي ذلك إلى عدم تناظر قوي للانفجار النجمي ، والذي سيحصل خلاله النجم النيوتروني المشكل حديثًا على ركلة كبيرة وتدور "، يصف عضو الفريق برنهارد مولر أهم النتائج لهذه العمليات الديناميكية في قلب المستعر الأعظم.
هل انتهينا من بحث المستعر الأعظم؟ هل نفهم كل ما يمكن معرفته عن النجوم النيوترونية؟ ليس بالكاد. في الوقت الحالي ، يكون العلماء على استعداد لمواصلة تحقيقاتهم في التأثيرات القابلة للقياس المرتبطة بـ SASI وتحسين تنبؤاتهم للإشارات المرتبطة. في المستقبل سيعززون فهمهم من خلال إجراء عمليات محاكاة أطول وأطول للكشف عن كيفية تفاعل عدم الاستقرار وتسخين النيوترينو معًا. ربما في يوم من الأيام ، سيكونون قادرين على إظهار هذه العلاقة لتكون الزناد الذي يشعل انفجار السوبرنوفا ويتصور نجمًا نيوترونيًا.
مصدر القصة الأصلية: بيان صحفي لمعهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية.
