Многомерное моделирование вспышек сверхновых раскрывает физику ударных волн и околозвёздной среды

21.11.2024 09:38:00 | iXBT.com

Звёзды с массой от 10 до 30 солнечных масс на последних стадиях эволюции образуют железное ядро, которое в конечном итоге коллапсирует в нейтронную звезду. Этот коллапс высвобождает огромное количество гравитационной энергии через нейтрино, вызывая ударную волну, которая уничтожает всю звезду. Ударная волна распространяется внутри звезды и играет ключевую роль в процессе образования сверхновой.

Когда ударная волна достигает поверхности звезды, энергия фотонов начинает эффективно рассеиваться к её краю, производя чрезвычайно яркую «вспышку сверхновой». Эта вспышка длится короткий период, обычно около нескольких часов, при этом излучение в основном сосредоточено в рентгеновском диапазоне и ультрафиолете, и происходит задолго до кривой видимого света. Поэтому её можно использовать в качестве предвестника дёля прогнозирования взрывов сверхновых.

Вспышка гиепрновой. Гиперновые — ещё более сильные астрономические явления, чем сверхновые, с энергией взрыва, превышающей энергию сверхновых более чем в десять раз. Эти взрывы обычно сопровождаются выбросами, которые создают отчётливые структуры на полюсах звезды. Источник: ASIAA / Ke-Jung Chen

Новые результаты моделирования, опубликованные в The Astrophysical Journal, сосредоточены на известной сверхновой 1987A, которая предоставляет уникальную возможность изучить эволюцию от сверхновых с коллапсом ядра до остатков сверхновой. Исследование показало, что окружение звезды-прародительницы существенно влияет на вспышку взрыва, что указывает на то, что вспышку можно использовать для изучения условий, сопутствующих взрывам сверхновых, и для установления связи между околозвёздной средой и потерей массы звездой.

На ранних стадиях взрыва сверхновой мощная ударная волна прорывается через внешнюю атмосферу звезды, а газ заполняется турбулентными структурами. Источник: ASIAA/Wun-Yi Chen

Многомерное моделирование, проведённое Вун-И Ченом, главным автором статьи, и его коллегами, показало, что нестабильность вещества во время прорыва ударной волны усиливает яркость вспышки и увеличивает её продолжительность. «Взаимодействие между предшественниками излучения и окружающей средой имеет решающее значение для формирования сигнала прорыва ударной волны. Наши многомерные и многополосные моделирования могут более точно описывать сложную динамику во время прорыва ударной волны», — отметил Чен.

Доктор Масаоми Оно, соавтор исследования в ASIAA, добавляет: «Это исследование демонстрирует, что даже для сферических взрывов сигналы прорыва ударной волны, полученные с помощью двумерной радиационной гидродинамики, могут отличаться от предсказанных одномерными моделями. Многомерная радиационная гидродинамика имеет важное значение для оценки сигналов прорыва ударной волны сверхновых с коллапсом ядра, особенно в неоднородной околозвёздной среде».

Взаимодействие ударных волн и межзвёздной среды во время ранних взрывов сверхновых: На ранних стадиях взрыва сверхновой мощная ударная волна воздействует на межзвёздную среду, окружающую звезду. Эта межзвездная среда часто демонстрирует структуру «бублика», которая может быть образована потерей массы звездой на поздних стадиях ее эволюции. Когда ударная волна сталкивается с этим материалом, она производит чрезвычайно яркие выбросы и интенсивные турбулентные явления. Взаимодействие между ударной волной и окружающим материалом даёт важные подсказки для понимания потери массы звёздами поздней стадии и динамики распространения ударной волны. Источник: ASIAA / Wun-Yi Chen

«Эти моделирования предоставляют важные опорные данные для будущих наблюдений и прогнозов сверхновых. Рентгеновские и ультрафиолетовые космические телескопы следующего поколения будут улавливать больше вспышек сверхновых, углубляя наше понимание ранней эволюции сверхновых и окончательной эволюции массивных звёзд», — подчеркнул доктор Ке-Юнг Чен, руководитель исследовательской группы.

Подробнее