tiistai 9. heinäkuuta 2013

Kuinka supernova räjäytetään?



Kuvasarja 0,154; 0,223; 0,240; 
0,245; 0,249 ja 0,278 sekunnin 
kuluttua räjähdyksen alusta. 
Punainen on neutriinojen kuumen-
tamaa kaasua ja sininen on tähteen 
syntynyt shokkiaalto. 
Kuvat Elena Erastova ja 
Markus Rampp (LRZ).
Maailmankaikkeuden voimakkaimpia ilmiöitä ovat supernovien räjähdykset. Niissä vähintään kahdeksan Auringon massainen tähti säteilee energiaa lyhyenä aikana enemmän kuin koko galaksi yhteensä. Niinpä ei olekaan mikään ihme, että tutkijat ovat kiinnostuneita supernovista ja niissä tapahtuvista prosesseista.


Teoreettiset fyysikot pyrkivät selvittämään mikä saa supernovan räjähtämään. Koska oikean tähden räjäyttäminen ei onnistu sattuneesta syystä, tutkijoiden on yritettävä selvittää tapahtumien kulkua tietokonemalleilla. Ongelmaksi on muodostunut se, että mallinnetut supernovat eivät ole räjähtäneet.

Aikaisempien mallien heikkoutena on ollut, se että ne ovat olleet liian yksinkertaisia pelkästään jo käytettävissä olevan laskentakapasiteetin vuoksi. Niinpä laskelmia on tehty lähinnä kaksiulotteisina malleina ja oletettu tällaisen mallin olevan pyörähdyssymmetrinen. Valitettavasti tämä on tuottanut huonoja tuloksia.

Max Planck -instituutiin tutkijat ovat nyt onnistuneet mahdottomassa. He onnistuivat kehittämään nopean 3D-tietokonemallin, saamaan rahoituksen hankkeelle ja jopa varaamaan riittävästi tietokoneaikaa maailman nopeimmista supertietokoneista. Euroopassa riittävän tehokkaita supertietokoneita on kaksi:  Curie Tres Grand Centre de calcul ( TGCC ) du CEA Pariisin lähellä ja SuperMUC  Leibniz-Rechenzentrum ( LRZ ) Münchenissä ja Garchingissa.

Supertietokoneen 16 000 prosessoria suoritti laskentaa 4,5 kuukautta ja tulokset olivat yllätyksellisiä. Aikaisemmin ajateltiin, että rautaytimen romahtaessa vain parin kymmenen kilometrin kokoiseksi neutronitähdeksi, tapahtuman tuottamat neutriinot olisivat kuumentaneet ympärillä olevan tähden joka sitten olisi räjähtänyt ulospäin avaruuteen. Mallintaminen osoitti, että näin ei tapahtunut.

Sen sijaan tähden sisällä neutriinojen aikaansaamaa paikallisia laajenemisia [1], jotka muistuttivat muodoltaan sieniä. Laajenemiset puskivat romahtavaa tähden virtaussuuntaa vasten. Lisäksi romahtava ydin muodosti valtavan sisäisen tsunamin (SASI), joka pyyhki tähden ytimen ympäri valtavalla voimalla, pyyhkien altaan kaikki rippeetkin laajenemisesta.  Aalto oli hyvin epäsymmetrinen ja se jopa kasvatti voimaansa kunnes tähti ei enää pysynyt koossa vaan räjähti supernovana.

Epäsymmetrinen aalto, joka on fysiikassa tunnettu nimellä Standing Accretion Shock Instability (SASI) saa aikaan myös sen, että supernovan räjähdys on epäsymmetrinen. Lisäksi syntyneellä neutronitähdellä on usein hyvin suuri impulssi, jolloin se syöksyy alkuperäiseltä paikaltaan suurella nopeudella. Kaksoistähden tapauksessa se voi syöksyä jopa kumppaninsa läpi.

Tietokonemalli tuotti myös visuaalista kuvaa tapahtumasta, josta tutkijat koostivat ensimmäisen puolensekunnin tapahtumat. Video on katsottavissa tästä.

Huomautus

[1] Ilmiö tunnetaan fysiikassa nimellä Shallow Water Analogue of Shock Instability (SWASI).

Kuvasarja 0,154; 0,223; 0,240; 0,245; 0,249 ja 0,278 sekunnin kuluttua räjähdyksen alusta. Punainen on neutriinojen kuumentamaa kaasua ja sininen on tähteen syntynyt shokkiaalto. Kuvat Elena Erastova ja Markus Rampp (LRZ).

Ei kommentteja:

Lähetä kommentti