کشف راز‌های درونی انفجار‌های ستاره‌ای با شبیه‌سازی‌های پیشرفته

یک تیم تحقیقاتی از موسسه نجوم آکادمی علوم تایوان (ASIAA) به دستاورد‌های چشمگیری در زمینه فیزیک امواج شوک ابرنواختری دست یافته‌اند.

به گزارش ساینس دیلی، این تیم با استفاده از کلاستر قدرتمند محاسباتی کاواسا در ASIAA، بیش از دو سال محاسبات فشرده انجام داده و نخستین شبیه‌سازی‌های دو بعدی تابش-هیدرودینامیک چندطیفی را توسعه داده است. این شبیه‌سازی‌های پیشرفته درک دقیقی از فلش‌های شکست شوک ابرنواختری فراهم کرده‌اند و نحوه تعامل فوتون‌های با انرژی‌های مختلف با دینامیک شوک امواج را به‌طور دقیق مدل‌سازی کرده‌اند.

این دستاورد علمی به دانشمندان این امکان را می‌دهد که سیگنال‌های فلش شوک شبیه‌سازی‌شده را مستقیماً با داده‌های واقعی مشاهده‌ای مقایسه کنند، که به بهبود توانایی ما در مطالعه و پیش‌بینی ابرنواختر‌ها کمک می‌کند. نتایج این تحقیق در آخرین شماره مجله Astrophysical Journal منتشر شده است.

فرآیند تشکیل ابرنواختر

ستارگان عظیم که جرم‌هایی بین ۱۰ تا ۳۰ برابر خورشید دارند، در مراحل پایانی عمر خود تغییرات چشمگیری را تجربه می‌کنند. این ستارگان در پایان عمر خود هسته آهنی تشکیل می‌دهند که در نهایت تحت تاثیر گرانش خود فرو می‌ریزد و یک ستاره نوترونی به‌وجود می‌آورد. این فروپاشی مقدار زیادی انرژی گرانشی آزاد می‌کند که عمدتاً از طریق نوترینو‌ها صورت می‌گیرد و یک موج شوک قوی ایجاد می‌کند که ستاره را از هم می‌پاشد.

این موج شوک با سرعتی فوق صوتی از ستاره عبور کرده و نقش کلیدی در انفجار ابرنواختر ایفا می‌کند. زمانی که این موج شوک به سطح ستاره می‌رسد، انرژی موج شوک شروع به انتشار به بیرون می‌کند و یک فلش فوق‌العاده روشن به نام «شکست شوک ابرنواختری» ایجاد می‌شود. مدت زمان این فلش بستگی به اندازه و جرم ستاره دارد و معمولاً تنها چند ساعت طول می‌کشد. بیشتر تابش این رویداد به صورت اشعه ایکس و فرابنفش منتشر می‌شود و قبل از آنکه انفجار به‌طور قابل مشاهده به چشم انسان برسد، این تابش‌ها ظاهر می‌شوند.

چون شکست شوک در مراحل اولیه فرآیند ابرنواختر اتفاق می‌افتد، به‌عنوان یک سیگنال هشدار اولیه ارزشمند عمل می‌کند و به اخترشناسان کمک می‌کند تا پیش‌بینی کنند که ستاره در آستانه انفجار است.

شبیه‌سازی‌ها و ابرنواختر ۱۹۸۷ A

شبیه‌سازی‌های تیم تحقیقاتی روی ابرنواختر معروف ۱۹۸۷ A متمرکز بود که فرصت منحصر به فردی را برای مطالعه تکامل ابرنواختر‌های هسته‌ای و بقایای آنها فراهم می‌کند. تحقیق نشان داد که محیط ستاره پیش‌نواختر تاثیر زیادی بر روی فلش شکست شوک دارد و این که فلش شکست می‌تواند برای بررسی شرایط اطراف انفجار‌های ابرنواختر و بررسی ارتباط بین محیط ستاره‌ای و از دست دادن جرم ستاره مورد استفاده قرار گیرد.

شبیه‌سازی‌های چندبعدی نشان داد که ناپایداری‌های سیالی در هنگام شکست شوک باعث افزایش روشنایی فلش و طولانی‌تر شدن مدت آن می‌شود، که با شبیه‌سازی‌های یک‌بعدی قبلی تفاوت قابل توجهی دارد و فهم ما از فلش‌های شکست شوک ابرنواختر‌ها را به‌طور بنیادینی تغییر می‌دهد.

روش‌های پیشرفته مدل‌سازی برای مطالعات ابرنواختر‌ها

ون‌یی چن، نویسنده اول این مقاله، اظهار داشت: «تعامل بین پیش‌موج‌های تابشی و محیط اطراف برای تشکیل سیگنال شکست شوک ضروری است. شبیه‌سازی‌های جدید چندبعدی و چندطیفی ما می‌توانند به‌طور دقیق‌تر دینامیک پیچیده سیال تابشی در حین شکست شوک را توصیف کنند.»

ماسائومی اونو، یکی از نویسندگان این تحقیق در ASIAA افزود: «این تحقیق به‌وضوح نشان می‌دهد که حتی برای انفجار‌های کروی، سیگنال‌های شکست شوک به‌دست آمده از دینامیک تابشی سیال دو بعدی ممکن است با پیش‌بینی‌های مدل‌های یک‌بعدی تفاوت داشته باشد. دینامیک تابشی سیال چندبعدی برای ارزیابی سیگنال‌های شکست شوک ابرنواختر‌های هسته‌ای به ویژه در محیط غیر یکنواخت ستاره‌ای ضروری است.»

پیامد‌ها برای مشاهدات آینده ابرنواختر‌ها

کِی‌جونگ چن، سرپرست تیم تحقیقاتی، تاکید کرد: «این شبیه‌سازی‌ها داده‌های مرجع ضروری برای مشاهدات و پیش‌بینی‌های آینده ابرنواختر‌ها را فراهم می‌کند. تلسکوپ‌های فضایی نسل بعدی که قادر به ثبت فلش‌های شکست شوک ابرنواختر‌ها هستند، به درک ما از تکامل اولیه ابرنواختر‌ها و تکامل نهایی ستارگان عظیم کمک خواهند کرد.»

انتهای پیام/