Modellering af temperaturvariationer på fjerne stjerner

Ny forskning hjælper med at forklare et af de store spørgsmål, der har forvirret astrofysikere i de sidste 30 år - hvad der forårsager den skiftende lysstyrke af fjerne stjerner kaldet magnetarer.

Magneter blev dannet fra stjerneeksplosioner eller supernovaer, og de har ekstremt stærke magnetfelter, anslået til omkring 100 mio. millioner gange større end det magnetiske felt, der findes på jorden.

Det magnetiske felt på hver magnetar genererer intens varme og røntgenstråler. Det er så stærkt, at det påvirker stoffets fysiske egenskaber, især den måde, hvorpå varme ledes gennem stjernens skorpe og hen over dens overflade, skabe de variationer i lysstyrke, som har undret astrofysikere og astronomer.

Et team af videnskabsmænd – ledet af Dr. Andrei Igoshev ved University of Leeds – har udviklet en matematisk model, der simulerer den måde, magnetfeltet forstyrrer den konventionelle forståelse af, at varme fordeles ensartet, hvilket resulterer i varmere og køligere områder, hvor der kan være en temperaturforskel på en million grader celsius.

Disse varmere og køligere områder udsender røntgenstråler af forskellig intensitet - og det er den variation i røntgenstråleintensitet, der observeres som skiftende lysstyrke af rumbårne teleskoper.

Resultaterne - "Stærke toroidale magnetiske felter kræves af hvilende røntgenstråleudsendelse af magnetarer" - er blevet offentliggjort i dag i tidsskriftet Natur astronomi . Forskningen blev finansieret af Science and Technology Facilities Council (STFC).

Dr. Igoshev, fra School of Mathematics i Leeds, sagde:"Vi ser dette konstante mønster af varme og kolde områder. Vores model - baseret på fysik af magnetiske felter og varmefysik - forudsiger størrelsen, placering og temperatur af disse regioner – og ved at gøre det, hjælper med at forklare de data, der er fanget af satellitteleskoper gennem flere årtier, og som har fået astronomer til at klø sig i hovedet for, hvorfor magnetarernes lysstyrke så ud til at variere. Vores forskning involverede at formulere matematiske ligninger, der beskriver, hvordan fysikken i magnetfelter og varmefordeling ville opføre sig under de ekstreme forhold, der eksisterer på disse stjerner. At formulere disse ligninger tog tid, men var ligetil. Den store udfordring var at skrive computerkoden for at løse ligningerne - det tog mere end tre år."

Når koden var skrevet, det tog så en supercomputer til at løse ligningerne, giver forskerne mulighed for at udvikle deres prædiktive model.

Holdet brugte de STFC-finansierede DiRAC supercomputing faciliteter på University of Leicester.

Dr. Igoshev sagde, når modellen var blevet udviklet, dets forudsigelser blev testet mod data indsamlet af rumbårne observatorier. Modellen var korrekt i ti ud af 19 tilfælde.

De magnetarer, der blev studeret som en del af undersøgelsen, er i Mælkevejen og typisk 15 tusinde lysår væk.