Így robban fel egy szupernóva

657

Az ún. Ia típusú szupernóvák nagyon fontos szerepet játszanak a modern asztrofizikai és kozmológiai kutatásokban. Az általánosan elfogadott elméletek szerint ezek a csillagrobbanások olyan kettős rendszerekben jönnek létre, ahol az egyik komponens egy fehér törpe, melyre a társcsillagról folyamatosan anyag áramlik át. A fehér törpe egy idő után eléri maximális tömegét, instabillá válik, s élete az Univerzum legnagyobb energiájú eseményei közé tartozó robbanásban ér véget.

Kozmológiai szempontból azért különösen fontosak ezek az objektumok, mert az eredeti elképzelések szerint a fehér törpék maximális tömege egy jól meghatározott érték (az ún. Chandrasekhar-határ, kb. 1,44 naptömeg), azaz az Ia típusú szupernóva-robbanások ún. "standard események", melyek a Világegyetem bármely pontján nagyjából azonos energiakibocsátást produkálnak – így távolságmérés szempontjából ideálisnak számítanak. Ezen szupernóvák átfogó vizsgálata alapján sikerült kimutatni egy évtizeddel ezelőtt az Univerzum gyorsuló tágulását, ami a tudománytörténet egyik legfontosabb felfedezése volt.

Az utóbbi években azonban egyre gyakrabban felmerül a kérdés, vajon tényleg egyformák-e az Ia típusú szupernóvák, s hogy milyen megbízhatósággal használhatóak kozmikus távolságmérésre. A kérdés eldöntéséhez az egyik legfontosabb lépés a fehér törpecsillagok robbanási mechanizmusának pontos megértése lenne. Ez azonban rendkívül bonyolult feladat, mely összetett numerikus modellek kidolgozását és napjaink szuperszámítógépeinek csúcsteljesítményét igényli. A probléma megoldásán több kutatógárda is dolgozik, de áttörő eredményt eddig senkinek sem sikerült elérni.

Egy, három amerikai intézet (L. Berkeley National Laboratory, Stony Brook University és University of California, Santa Cruz) szakembereit tömörítő csoport azonban legújabb tanulmányában bejelentette, hogy sikerült elsőként lefuttatniuk egy olyan 3D-s szimulációt, mely a teljes csillagban végbemenő folyamatok bemutatásával szemlélteti egy fehér törpe felrobbanását. Az alkalmazott matematikusokból és asztrofizikusokból álló konzorcium tagjai az általuk fejlesztett MAESTRO-kóddal dolgoztak, a számítások futtatását az Oak Ridge-ben (Tennessee, USA) található, Jaguar nevű Cray XT4-es szuperszámítógépen végezték.

A MAESTRO – a mások által használt programokhoz hasonlóan – ún. 3D-s hidrodinamikai kód, mely adott térbeli rácspontokon kiszámolja a csillag belsejében lezajló anyag- és hőáramlást. Ezt már néhány másodpercre is tekintélyes időbe telik kiszámolni, de a fehér törpék életének utolsó, néhány óráig tartó fázisára szó szerint csúcsteljesítmény. A MAESTRO-kód egyedisége abban rejlik, hogy csak a lokális hangsebességnél lassabb folyamatokat veszi figyelembe, így a számítási idő egy része megspórolható.

A szimuláció során megfigyelhető, hogy a fehér törpe belsejében kezdetben véletlenszerű örvények keletkeznek, majd a hőmérséklet emelkedésével a csillagmag körül erős hőáramlás (konvekció) alakul ki. A hőmérséklet tovább nő, az áramlások egyre turbulensebbé válnak – végül a fehér törpe belseje mintegy 1 milliárd fokos lesz, ami beindítja a fúziós folyamatokat, s alig pár másodpercen belül megtörténik a robbanás.


A szimuláció négy fázisában láthatjuk a fehér törpe belsejében zajló anyagáramlást; pirossal a kifelé, kékkel a befelé mozgó tartományok vannak jelezve. A korai fázisokban jól látszik a már a korábbi szimulációk során is megfigyelt dipólus-mintázat, amit most sikerült első ízben a teljes csillag modellezésével is láttatni. Egy kis négyzet oldala 5000 km-nek felel meg (LBNL/DOE).


A látóirányú sebességek és az energiaszintek eloszlása (utóbbi sárga-narancs-zöld skálán) a fehér törpe belsejében (a középső 1000 km3 van ábrázolva), közvetlenül a robbanás előtt (LBNL/DOE).

A kutatók hangsúlyozzák eredményük fontosságát, azonban figyelmeztetnek, hogy ez még csak egy lépés a hosszú úton, mely az Ia típusú szupernóvák teljes körű megértéséhez vezet. A számítások megmutatták, hogy a robbanás lefolyása érzékeny a kezdeti feltételekre, s további tényezőket (csillag fémtartalma, forgás) is figyelembe kell venni.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal legújabb, októberi számában jelenik meg.

Forrás: ScienceDaily, 2009.09.23.

Hozzászólás

hozzászólás