Egzotik süpernovanın üç boyutlu simülasyonu, patlama sırasında madde püskürmesi sırasında oluşan türbülanslı yapıları ortaya çıkarıyor. Bu türbülanslı yapılar daha sonra tüm süpernovanın parlaklığını ve patlama yapısını etkiler. Düzensiz sıvı hareketinden kaynaklanan ve karmaşık dinamiklere yol açan türbülans, süpernova patlaması sürecinde kritik bir rol oynar. Bu türbülanslı yapılar maddeyi karıştırıp bozarak enerjinin salınımını ve aktarımını etkileyerek süpernovanın parlaklığını ve görünümünü etkiler. Bilim insanları, üç boyutlu simülasyonlar aracılığıyla tuhaf süpernova patlamalarının fiziksel süreçlerine ilişkin daha derin bilgiler ediniyor ve bu olağanüstü süpernovaların gözlemlenen olaylarını ve özelliklerini açıklayabiliyor. Katkıda bulunan: Ke-Jung Chen/ASIAA
Uluslararası bir gökbilimci ekibi, ABD’deki Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı ve Japonya Ulusal Astronomi Gözlemevi’nin güçlü süper bilgisayarlarından yararlandı. Yıllarca süren özel araştırmalardan ve beş milyondan fazla süper bilgisayar hesaplama saatini harcadıktan sonra, sonunda egzotik süpernovalar için dünyanın ilk yüksek çözünürlüklü 3 boyutlu radyasyon hidrodinamiği simülasyonlarını yarattılar! Bu bulgu, The Astrophysical Journal’ın son sayısında yer alacak.
Süpernova patlamaları, devasa yıldızlar için en muhteşem sonlardır; çünkü bu patlamalar, yaşam döngülerini kendi kendilerini yok edecek şekilde tamamlarlar ve anında parlaklık eşdeğerini açığa çıkarırlar. milyarlarca güneşe, tüm evreni aydınlatıyor. Bu patlama sırasında yıldızın içinde oluşan ağır elementler de dışarı atılarak yeni yıldız ve gezegenlerin doğuşunun temeli atılır ve yaşamın oluşumunda önemli rol oynar. Bu nedenle süpernovalar, hem teoride hem de gözlemde çok sayıda önemli astronomik ve fiziksel konuyu kapsayan ve önemli bir araştırma değeri taşıyan modern astrofizikte ön sıralarda yer alan konulardan biri haline geldi.
Geçtiğimiz yarım yüzyıl boyunca araştırmalar bize şu bilgileri sağladı: süpernovanın nispeten kapsamlı bir şekilde anlaşılması. Bununla birlikte, en son büyük ölçekli süpernova araştırması gözlemleri, süpernova fiziğiyle ilgili daha önce yerleşmiş bilgilere meydan okuyan ve onları alt üst eden pek çok sıra dışı yıldız patlamasını (egzotik süpernovalar) ortaya çıkarmaya başladı.
Egzotik Süpernova Gizemleri
Aralarında egzotik süpernovalar, süper parlak süpernovalar ve sonsuza dek parlak süpernovalar en kafa karıştırıcı olanlardır. Süper parlak süpernovaların parlaklığı, normal süpernovaların parlaklığının yaklaşık 100 katıdır ve genellikle parlaklıklarını yalnızca birkaç haftadan 2-3 aya kadar korurlar. Buna karşılık, yakın zamanda keşfedilen sonsuz parlak süpernova parlaklıklarını birkaç yıl, hatta daha uzun süre koruyabilir.
Daha da şaşırtıcı olan şey, birkaç egzotik süpernovanın, çeşme benzeri patlamalara benzeyen, düzensiz ve aralıklı parlaklık değişimleri sergilemesidir. Bu tuhaf süpernovalar, evrendeki en büyük yıldızların evrimini anlamanın anahtarını taşıyabilir.
Bu görüntü, egzotik süpernovanın son fiziksel dağılımlarını, temsil eden dört farklı renk çeyreğiyle tasvir ediyor. farklı fiziksel büyüklükler: I. sıcaklık, II. hız, III. ışınımsal enerji yoğunluğu ve IV. gaz yoğunluğu. Beyaz kesikli daire, süpernova fotosferinin konumunu gösterir. Bu görüntüde yıldızın tamamı içten dışa doğru çalkantılı hale geliyor. Fırlatılan malzemelerin çarpıştığı konumlar, fotosferle yakından eşleşiyor; bu, bu çarpışmalar sırasında verimli bir şekilde dışarı doğru yayılan ve aynı anda düzensiz bir gaz tabakası oluşturan termal radyasyonun üretimini gösteriyor. Bu görüntü, egzotik süpernovaların altında yatan fiziğini anlamamıza yardımcı oluyor ve gözlemlenen olaylara ilişkin bir açıklama sağlıyor. Katkıda bulunan: Ke-Jung Chen/ASIAA
Kökenleri ve Evrimsel Yapıları
Bu egzotik süpernovaların kökenleri hâlâ tam olarak anlaşılamamıştır, ancak gökbilimciler bunların olağandışı büyük kütleli yıldızlardan kaynaklanabileceğine inanıyor. Kütleleri Güneş’in 80 ila 140 katı arasında değişen yıldızlar, yaşamlarının sonuna yaklaşırken çekirdekleri karbon füzyon reaksiyonlarına uğrar. Bu işlem sırasında, yüksek enerjili fotonlar elektron-pozitron çiftleri oluşturabilir, çekirdekte titreşimleri tetikleyebilir ve çeşitli şiddetli kasılmalara yol açabilir.
Bu kasılmalar çok büyük miktarda füzyon enerjisi açığa çıkarır ve patlamaları tetikleyerek, çekirdekte büyük patlamalara neden olur. yıldızlar.Üstelik, farklı patlama dönemlerinden gelen materyaller çarpıştığında, süper parlak süpernovalara benzer fenomenler üretmek mümkündür.
Şu anda evrende bu tür büyük yıldızların sayısı nispeten nadirdir ve bu da tuhaf süpernovaların azlığıyla uyumludur. . Bu nedenle bilim insanları, Güneş’in kütlesinin 80 ila 140 katı arasında değişen kütlelere sahip yıldızların, büyük olasılıkla tuhaf süpernovaların öncüleri olabileceğinden şüpheleniyorlar. Ancak bu yıldızların kararsız evrimsel yapıları, modellemelerini oldukça zorlaştırıyor ve mevcut modeller çoğunlukla tek boyutlu simülasyonlarla sınırlı kalıyor.
Önceki Modellerin Sınırlamaları
Ancak, modellerde ciddi eksiklikler bulundu. Önceki tek boyutlu modeller. Süpernova patlamaları önemli türbülanslara neden olur ve türbülans, süpernovaların patlamasında ve parlaklığında çok önemli bir rol oynar. Bununla birlikte, tek boyutlu modeller türbülansı ilk prensiplerden simüle edememektedir. Bu zorluklar, egzotik süpernovaların ardındaki fiziksel mekanizmaların derinlemesine anlaşılmasını, mevcut teorik astrofizikte hâlâ önemli bir sorun haline getirmiştir.
Simülasyon Yeteneklerinde Bir Atılım
Süpernova patlamalarının bu yüksek çözünürlüklü simülasyonu, sunulan muazzam zorluklar. Simülasyonun ölçeği arttıkça, yüksek çözünürlüğü korumak giderek zorlaştı; karmaşıklık ve hesaplama talepleri önemli ölçüde artarken aynı zamanda çok sayıda fiziksel sürecin dikkate alınmasını gerektirdi. Ke-Jung Chen, ekiplerinin simülasyon kodunun Avrupa ve Amerika’daki diğer rakip gruplara göre avantajlara sahip olduğunu vurguladı.
Önceki ilgili simülasyonlar çoğunlukla tek boyutlu ve birkaç iki boyutlu akışkan modelle sınırlıydı, egzotik süpernovalarda ise , çok boyutlu etkiler ve radyasyon, ışık emisyonlarını ve patlamanın genel dinamiklerini etkileyen çok önemli bir rol oynar.
Radyasyonun Gücü Hidrodinamiği Simülasyonları
Radyasyon hidrodinamiği simülasyonları, radyasyonun yayılmasını ve onun maddeyle etkileşimlerini dikkate alır. . Radyasyonun taşınmasının bu karmaşık süreci, hesaplama gereksinimleri ve akışkan simülasyonlarından çok daha yüksek zorluklarla birlikte hesaplamaları son derece zorlu hale getiriyor. Ancak ekibin süpernova patlamalarını modelleme ve büyük ölçekli simülasyonlar yürütme konusundaki zengin deneyimi nedeniyle; nihayet egzotik süpernovaların dünyanın ilk üç boyutlu radyasyon hidrodinamiği simülasyonlarını oluşturmayı başardılar.
Bulgular ve Çıkarımlar
Araştırma ekibinin bulguları, büyük kütleli yıldızlardaki aralıklı patlama olgusunun sergileyebileceğini gösteriyor. çoklu sönük süpernovalara benzer özellikler. Farklı patlama dönemlerinden gelen malzemeler çarpıştığında, gaz kinetik enerjisinin yaklaşık %20-30’u radyasyona dönüştürülebilir, bu da süper parlak süpernova olayını açıklar.
Ayrıca radyasyonun soğuması etkisi, patlayan gazın oluşmasına neden olur. yoğun fakat düzensiz üç boyutlu bir tabaka yapısı vardır ve tabakanın bu katmanı süpernovadaki ışık emisyonunun birincil kaynağı haline gelir. Simülasyon sonuçları, yukarıda bahsedilen egzotik süpernovaların gözlemsel özelliklerini etkili bir şekilde açıklamaktadır.
En son teknolojiye sahip süper bilgisayar simülasyonları sayesinde, bu çalışma, egzotik süpernovaların fiziği hakkında bilgi edinme konusunda önemli ilerlemeler kaydetmektedir. Yeni nesil süpernova araştırma projelerinin başlamasıyla birlikte gökbilimciler daha egzotik süpernovaları tespit edecek ve bu da olağan büyük yıldızların son aşamalarına ve patlama mekanizmalarına ilişkin anlayışımızı daha da şekillendirecek.
Referans: “Çok Boyutlu Radyasyon Hidrodinamiği Simülasyonları” Pair-instability Supernovae”, Ke-Jung Chen, Daniel J. Whalen, S.E. Woosley ve Weiqun Zhang, 14 Eylül 2023, The Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/ace968{1 }.