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