METISSE tilbyder ny indsigt i massive stjerners liv

Massive stjerner er dem, der er større end omkring 10 gange solens masse og fødes langt sjældnere end deres modstykker med lav masse. Imidlertid, de bidrager mest til udviklingen af ​​stjernehobe og galakser. Massive stjerner er forløbere for mange levende og energiske fænomener i universet, herunder berigelse af deres omgivelser i supernovaeksplosioner og ændring af dynamikken i deres systemer.

Det bedste værktøj til at studere massive stjerner er detaljerede stjerneudviklingskoder:computerprogrammer, der beregner både den indre struktur og udviklingen af ​​disse stjerner. Desværre, detaljerede koder er beregningsmæssigt dyre og tidskrævende – det kan tage flere timer at beregne udviklingen af ​​blot en enkelt stjerne. Af denne grund, det er upraktisk at bruge disse koder til modellering af stjerner i komplekse systemer såsom kugleformede stjernehobe, som kan indeholde millioner af interagerende stjerner.

For at løse dette problem, et team af videnskabsmænd ledet af ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) udviklede en stjerneudviklingskode kaldet METhod of Interpolation for Single Star Evolution (METISSE). Interpolation er en metode til at estimere en mængde baseret på nærliggende værdier, såsom at estimere størrelsen af ​​en stjerne baseret på størrelsen af ​​stjerner med ens masse. Via interpolation, METISSE beregner hurtigt en stjernes egenskaber på ethvert tidspunkt ved at bruge udvalgte stjernemodeller beregnet med detaljerede stjerneudviklingskoder.

Lynhurtigt, METISSE kan udvikle sig 10, 000 stjerner på mindre end tre minutter. Mest vigtigt, den kan bruge sæt af stjernemodeller til at forudsige stjerners egenskaber - dette er ekstremt vigtigt for massive stjerner. Massive stjerner er sjældne, og deres komplekse og korte levetid gør det vanskeligt at beregne deres egenskaber. Følgelig, detaljerede stjerneudviklingskoder er ofte nødt til at gøre antagelser, mens de beregner udviklingen af ​​disse stjerner. Forskellene i de antagelser, der bruges af forskellige stjerneudviklingskoder, kan i væsentlig grad påvirke deres forudsigelser om de massive stjerners liv og egenskaber.

I deres nyligt offentliggjorte undersøgelse, OzGrav-forskerne brugte METISSE med to sæt avancerede stjernemodeller:den ene beregnet af Modules for Experiments in Stellar Astrophysics (MESA), og den anden af ​​Bonn Evolutionary Code (BEC).

Poojan Agrawal, OzGrav-forsker og studiets hovedforfatter, forklarer:"Vi interpolerede stjerner, der var mellem ni og 100 gange solens masse, og sammenlignede forudsigelserne for disse stjerners endelige skæbne. For de fleste massive stjerner i vores sæt, vi fandt ud af, at masserne af stjerneresterne (neutronstjerner eller sorte huller) kan variere med op til 20 gange vores sols masse."

Når stjerneresterne smelter sammen, de skaber gravitationsbølger – krusninger i rum og tid – som videnskabsmænd kan opdage. Derfor, denne undersøgelses resultater vil have en enorm indflydelse på fremtidige forudsigelser inden for gravitationsbølgeastronomi.

Agrawal tilføjer:"METISSE er blot det første skridt i at afdække den rolle, massive stjerner spiller i stjernesystemer såsom stjernehobe, og allerede, resultaterne er meget spændende."