Международная группа исследователей под руководством физиков из Кильского университета использовала компьютерное моделирование для построения трехмерной модели для изучения «фазы ядерного горения» звезды с беспрецедентным уровнем детализации и реализма. Технология позволяет проследить эволюцию звезды от раннего развития этой фазы до ее полного истощения.
Большая часть научного понимания звезд и их жизненных циклов исходит из одномерных моделей, которые сильно ограничены в своей точности и количестве деталей, объясняют ученые. Сложные процессы внутри звезд вызывают множество неопределенностей, которые могут сделать эти симуляции ненадежными.
Моделирование эволюции неоновой оболочки в гигантской звезде. Видео: Keele University
Прогресс в мощности вычислительных устройств позволил исследователям провести 3D-моделирования конвективной горящей неоновой оболочки в звезде с массой в 20 раз больше, чем у Солнца. Трехмерная гидродинамическая проекция, основанная на неизменных входных условиях из одномерной звездной модели, работает непрерывно с момента раннего развития звезды до полного исчерпания топлива.
Мы запускали 3D-моделирование процессов внутри звезды на протяжение достаточно долгого времени, чтобы увидеть эволюцию одной целой «фазы ядерного горения», чего раньше никогда не делали.
Федерико Риццути, соавтор исследования
С помощью моделирования ученые изучили сложное взаимодействие между ядерными реакциями и турбулентностью в звездных слоях. Анализ показал, что ядерные реакции на этой фазе эффективны, они быстро потребляют топливо, останавливая движение элементов между слоями звезды. Исследователи смогли изучить, какие химические элементы были использованы и произведены за время горения.
Возможность моделировать в объемных условиях длительные периоды жизни звезды поможет больше узнать об их эволюции и ответить на некоторые фундаментальные вопросы астрофизики. «Это даст нам новую информацию о том, как звезды живут и умирают, и производят ли они взрывы сверхновых, нейтронные звезды и черные дыры, когда они умирают», — добавляет Рицутти.
