우주에서 가장 강력하고 폭력적인 사건 중 하나 인 초신성입니다. 정교한 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 별의 물질을 안쪽으로 끌어들일 때 발생하는 강렬하고 격렬한 움직임과 같은 물리적 효과를 보여주는 3 차원 모델을 만들 수있었습니다. 별이 폭발 할 때 발생하는 역학에 대한 대담하고 새로운 시각입니다.
우리가 알다시피, 태양 질량의 8-10 배인 별들은 엄청난 폭발로 목숨을 끊을 운명이며, 가스는 놀라운 힘으로 우주로 날아갔습니다. 이 대격변 사건은 우주에서 가장 밝고 강력한 사건 중 하나이며, 그것이 일어날 때 은하계보다 빛을 발할 수 있습니다. 우리가 아는 것처럼 생명에 중요한 요소를 만드는 것은 바로이 과정이며 중성자 별의 시작입니다.
중성자 별은 그들 자신의 수수께끼입니다. 이 초소형 별 잔재물은 태양 질량의 1.5 배나 도시 크기로 압축되어 있습니다. 느리게 짜내는 것이 아닙니다. 이 압축은 별의 핵이 자기 질량의 강한 중력에서 튀어 나오면 발생하며… 아무것도 막을 수 있습니까? 예. 한계가 있습니다. 원자핵의 밀도가 초과되면 붕괴가 멈춘다. 그것은 설탕 큐브 크기로 압축 된 약 3 억 톤에 필적합니다.
중성자 별을 연구하면 과학자들이 대답하고자하는 완전히 새로운 차원의 질문이 열립니다. 그들은 별의 붕괴를 일으키는 원인과 별의 핵폭발이 어떻게 폭발로 되돌아 갈 수 있는지 알고 싶어합니다. 현재, 그들은 중성미자가 중요한 요소 일 수 있다고 이론화했다. 이 작은 원소 입자는 초신성 과정에서 기념비적으로 생성되고 방출되며 폭발을 발화시키는 가열 요소의 역할을 할 수 있습니다. 연구팀에 따르면 중성미자는 별 가스에 에너지를 공급하여 압력을 증가시킬 수 있다고한다. 거기에서 충격파가 생성되고 속도가 빨라지면 별을 방해하고 초신성을 유발할 수 있습니다.
그럴듯하게 천문학 자들은이 이론이 효과가 있을지 확신 할 수 없다. 실험실 조건에서 초신성 프로세스를 재현 할 수없고 초신성 내부를 직접 볼 수 없기 때문에 컴퓨터 시뮬레이션에만 의존하면됩니다. 현재 연구자들은 코어 붕괴의 중요한 순간에 발생하는 항성 가스의 운동과 물리적 특성을 모방 한 복잡한 수학 방정식으로 초신성 사건을 재현 할 수 있습니다. 이러한 유형의 계산에는 세계에서 가장 강력한 수퍼 컴퓨터를 사용해야하지만보다 단순화 된 모델을 사용하여 동일한 결과를 얻을 수도 있습니다. 예를 들어 중성미자의 중요한 영향이 일부 세부 처리에 포함된다면, 컴퓨터 시뮬레이션은 2 차원으로 만 수행 될 수 있으며, 이는 모델의 별이 축을 중심으로 인공 회전 대칭을 갖는 것으로 가정 된 것입니다.” 연구팀은 말합니다.
RZG (Rechenzentrum Garching)의 지원으로 과학자들은 단일 효율적이고 빠른 컴퓨터 프로그램을 만들 수있었습니다. 또한 가장 강력한 슈퍼 컴퓨터와 거의 1 억 5 천만 시간의 컴퓨터 시간 상을 수여 받았으며, 이는 유럽 연합의“유럽의 고급 컴퓨팅 파트너십 (PRACE)”이니셔티브에 의해 부여 된 가장 큰 조건입니다. Garching의 막스 플랑크 천체 물리 연구소 (MPA)의 연구팀은 이제 처음으로 3 차원으로 무너지는 별의 과정을 모든 관련 물리학에 대한 정교한 설명으로 시뮬레이션 할 수있었습니다.
시뮬레이션을 수행 한 박사 과정 학생 인 Florian Hanke는“이러한 목적으로 병렬 모드에서 거의 16,000 개의 프로세서 코어를 사용했지만 여전히 단일 모델 실행에 약 4.5 개월의 연속 컴퓨팅이 소요되었습니다. 유럽의 두 컴퓨팅 센터 만이 이러한 긴 기간 동안 충분히 강력한 기계를 제공 할 수있었습니다. 즉 파리 근처 Très TCC (Très Grand Centre de calcul) du CEA의 CURIE와 뮌헨 / 건축의 Leibniz-Rechenzentrum (LRZ)의 SuperMUC였습니다.
수 천억 바이트의 시뮬레이션 데이터가 주어지면, 연구원들이 모델 실행의 의미를 완전히 이해하기까지 시간이 걸렸습니다. 그러나 그들이 본 것은 기뻐하고 놀라게했습니다. 항성 가스는 보통 대류와 매우 유사한 방식으로 수행되었으며, 중성미자는 가열 과정을 주도했습니다. 그리고 그게 전부는 아닙니다 ... 그들은 회전 운동으로 일시적으로 변하는 강한 슬로 싱 운동을 발견했습니다. 이 동작은 전에 관찰되었으며 스탠딩 가속 충격 불안정성으로 명명되었습니다. 보도 자료에 따르면,“이 용어는 초신성 충격파의 초기 구 형성이 자발적으로 파괴된다는 사실을 나타냅니다. 충격은 초기에 작은 무작위 종자 교란의 진동 성장에 의해 큰 진폭의 맥동 비대칭이 발생하기 때문입니다. 그러나 지금까지는 단순화되고 불완전한 모델 시뮬레이션에서만 발견되었습니다.”
연구팀 책임자 인 Hans-Thomas Janka는“파리 근처에있는 Service d 'Astrophysique des CEA-Saclay의 저의 동료 Thierry Foglizzo는 이러한 불안정성의 성장 조건에 대한 자세한 이해를 얻었습니다. "그는 원형의 물 흐름에서 수압 점프가 초신성 코어의 붕괴 물질의 충격 정면과 유사한 맥동 비대칭을 나타내는 실험을 구성했습니다." 충격 불안정성의 얕은 물 유사체로 알려진, 역동적 인 과정은 중성미자 가열의 중요한 영향을 제거함으로써 덜 기술적 인 방식으로 입증 될 수 있습니다. 이는 많은 천체 물리학 자들이 붕괴하는 별이 이러한 유형의 불안정성을 겪을 수 있다고 의심하는 이유입니다. 그러나 새 컴퓨터 모델은 스탠딩 가속 충격 불안정성이 중요한 요소임을 입증 할 수 있습니다.
“이는 초신성 코어에서의 질량 운동을 통제 할뿐만 아니라 중성미자 및 중력파 방출에 대한 특징적인 시그니처를 부과하며, 이는 미래의 은하 초신성에 대해 측정 할 수 있습니다. 게다가, 그것은 새로 형성된 중성자 별이 큰 킥과 스핀을받는 과정에서 항성 폭발의 강한 비대칭을 초래할 수있다”고 팀원 Bernhard Müller는 초신성 코어에서 그러한 역동적 과정의 가장 중요한 결과를 설명했다.
우리는 초신성 연구를 마쳤습니까? 중성자 별에 대한 모든 정보를 알고 있습니까? 별로. 현재 과학자는 SASI에 연결된 측정 가능한 효과에 대한 조사를 계속 진행하고 관련 신호에 대한 예측을 세분화 할 준비가되었습니다. 앞으로 그들은 불안정성과 중성미자 가열이 어떻게 반응하는지 밝히기 위해 점점 더 많은 시뮬레이션을 수행함으로써 더 많은 이해를 할 것입니다. 아마도 언젠가 그들은이 관계를 초신성 폭발을 일으키고 중성자 별을 생각하게하는 방아쇠로 보여줄 수있을 것입니다.
오리지널 스토리 소스 : Max Planck Institute for Astrophysics News Release.
