Przejdź do treści

Lepszy sposób modelowania gwiezdnych eksplozji

Gwiazdy neutronowe zawierają najgęstszą znaną formę materii. Astrofizycy nie do końca rozumieją, jak materia zachowuje się pod wpływem tak miażdżących gęstości, nie mówiąc już o tym, co się dzieje, gdy dwie gwiazdy neutronowe zderzają się ze sobą lub gdy wybucha masywna gwiazda, tworząc gwiazdę neutronową.

Jednym z narzędzi, jakie naukowcy wykorzystują do modelowania tych potężnych zjawisk jest równanie stanu. W uproszczeniu równanie stanu opisuje, w jaki sposób materia zachowuje się w różnych gęstościach i temperaturach. Temperatury i gęstości występujące podczas tych ekstremalnych zdarzeń mogą się bardzo różnić i mogą pojawiać się dziwne zachowania; np. protony i neutrony mogą układać się w złożone kształty.

Jednak, do tej pory istniało zaledwie około 20 równań stanu, które były łatwo dostępne do symulacji zjawisk astrofizycznych. Jeden z naukowców postanowił rozwiązać ten problem za pomocą kodów komputerowych. W ciągu ostatnich trzech lat rozwijał oprogramowanie typu open-source, które pozwala astrofizykom tworzyć własne równania stanu. W artykule opublikowanym w Physical Review C, wraz z kolegami opisuje ten kod i demonstruje jego działanie poprzez symulacje supernowych o masach 15 i 40 razy większych od Słońca.

Badania mają natychmiastowe zastosowania dla naukowców badających gwiazdy neutronowe, w tym analizujących dane pochodzące z interferometru laserowego LIGO, który po raz pierwszy, w 2017 r. wykrył fale grawitacyjne pochodzące ze zderzenia się gwiazd neutronowych. Świadkiem tego wydarzenia były teleskopy na całym świecie, które wychwyciły fale w świetle widzialnym pochodzący z tego zderzenia.

Równania stanu pomagają astrofizykom badać wyniki fuzji gwiazd neutronowych i dowiadywać się, czy w wyniku kolizji powstanie bardziej masywna gwiazda neutronowa czy też czarna dziura. Im więcej obserwacji z LIGO oraz teleskopów optycznych, tym bardziej naukowcy mogą udoskonalić równanie stanu oraz zaktualizować oprogramowanie, aby astrofizycy mogli generować nowe, bardziej realistyczne równania do przyszłych badań.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
A Better Way to Model Stellar Explosions

Źródło: Caltech

Na zdjęciu: Wizja artystyczna zderzających się gwiazd neutronowych. Źródło: NSF/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet