Исследователи смоделировали термоядерный взрыв нейтронных звёзд на суперкомпьютере

Когда массивная звезда умирает, то может стать нейтронной звездой. Это второй по плотности известный объект в космосе после черной дыры. Если нейтронная звезда является частью двойной системы, в которой две звезды вращаются вокруг друг друга, их гравитация гарантирует, что материал, притянутый второй звездой, всасывается в нейтронную звезду.

Источник изображения: Майкл Зингал, факультет физики и астрономииПод материалом прежде всего подразумевается водород. Как только вокруг нейтронной звезды накапливается критическая масса водорода, возникает термоядерный взрыв, как это происходит в случае активации водородной бомбы. Атомы водорода сливаются, и образуется гелий. Эти взрывы могут становиться все более частыми, пока не станут непрерывным горением.

Когда именно произойдет взрыв и как он себя поведет, пока неизвестно. Для своего моделирования этой ситуации исследователи Майкл Зингал из Университета Стоуни-Брук и Эрик Джонсон из Калифорнийского университета проанализировали рентгеновские лучи, которые были выброшены в космос во время взрыва.

Эти рентгеновские снимки, среди прочего, показывают, насколько продолжительны и интенсивны взрывы. Используя суперкомпьютер Summit в Национальной лаборатории Ок-Ридж, исследователи смогли создать 3D-модель взрыва. Основой для этого моделирования были ранее созданные 2D-модели. 

В 3D-моделе была представлена нейтронная звезда, которая в миллион раз горячее Солнца и вращается вокруг своей оси со скоростью 1000 оборотов в секунду.

Взрывы нейтронных звезд можно смоделировать с помощью рентгеновских лучей. Источник изображения: Майкл Зингал, факультет физики и астрономии в Университете Стоуни-Брук Затем ученые смоделировали начало термоядерной реакции и ее последующее распространение. По сравнению с предыдущими 2D-моделями, пламя, генерируемое в новой модели, распространялось немного быстрее, но вело себя по той же схеме. Изменения температуры поверхности или скорости вращения также привели к разным закономерностям распространения пламени по поверхности.

«Мы хотим знать, как ведет себя материя при экстремальных плотностях нейтронной звезды», — объясняет Зингал. 

Этот процесс можно детально наблюдать при моделировании. На первом этапе ученые сосредоточились на ранней стадии взрыва, вскоре после возгорания.

Теперь исследователи хотят выяснить, как пламя распространилось от одного полюса к другому. Результаты расширяют выводы предыдущих исследований, которые использовали 2D-модели (например, они были опубликованы в The Astronomical Journal).