3-D supernova-simuleringer afslører mysterier om døende stjerner

Et internationalt team af forskere ledet af en Monash-astronom har skabt den længste konsistente 3D-model af en neutrino-drevet supernovaeksplosion til dato, hjælper videnskabsmænd med bedre at forstå massive stjerners voldsomme død.

Forskningen, udført ved hjælp af supercomputerne Raijin og Magnus i Australien, og andre i Tyskland og Storbritannien, blev offentliggjort i Royal Astronomical Societys tidsskrift Monthly Notices.

De største eksplosioner i universet, såkaldte 'supernovaer', opstår, når stjerner, der er mange gange større end vores egen sol, når slutningen af ​​deres liv og udtømmer kernebrændstoffet i deres centre. På dette tidspunkt den inderste del af stjernen, en jernkerne selv omkring 1,5 gange så massiv som Solen, bukker under for tyngdekraften og kollapser til en ultratæt neutronstjerne inden for en brøkdel af et sekund.

"Forskere har været forundret over, hvordan sammenbruddet af en stjerne bliver til en eksplosion, " sagde hovedforfatteren af ​​forskningen, Dr. Bernhard Müller, fra Skolen for Fysik og Astronomi, og Monash Center for Astrophysics.

"Forskerholdet arbejdede på en løsning på dette problem, og den mest lovende teori antyder, at lette og svagt interagerende partikler kaldet neutrinoer er nøglen til dette."

Et stort antal neutrinoer udsendes fra overfladen af ​​den unge neutronstjerne, og hvis opvarmningen forårsaget af det indledende kollaps er tilstrækkelig stærk, det neutrinoopvarmede stof driver en ekspanderende chokbølge gennem stjernen, og kollapset vendes.

"Forskere har længe forsøgt at vise, at denne idé virker ved hjælp af computersimuleringer, men computermodellerne eksploderer ofte stadig, og kan ikke køres længe nok til at reproducere observerede supernovaer, " sagde Dr. Müller.

"Det, der er afgørende for succes i 3-D, er den voldsomme kværn af varmt og koldt materiale bag chokbølgen, som udvikler sig naturligt på grund af neutrino-opvarmningen."

Holdet, bestående af forskere fra Monash University (Australien), Queen's University Belfast, og Max Planck Institute for Astrophysics (Tyskland), simulerede fusionen af ​​ilt til silicium i en stjerne, der er 18 gange så stor som vores sol, de sidste seks minutter før supernovaen.

De fandt ud af, at de kunne opnå en vellykket eksplosion, fordi den kollapsende silicium-iltskal allerede var kraftigt omrørt.

De fulgte derefter eksplosionen i mere end 2 sekunder. Selvom det stadig tager omkring en dag for chokket at nå overfladen, de kunne se, at eksplosionen og den efterladte neutronstjerne begyndte at ligne dem, vi observerer i naturen.

"Det er betryggende, at vi nu får plausible eksplosionsmodeller uden at skulle justere dem i hånden, sagde Dr. Bernhard Müller.