Quando certas estrelas massivas usar-se todo o seu combustível e colapso em seus núcleos, explosões de 10 a 100 vezes mais brilhante do que a média supernova ocorrer. Exactamente como isso acontece não é bem compreendido. Astrofísicos da Caltech, UC Berkeley, o Instituto Albert Einstein, e do Instituto Perimeter de Física Teórica usaram Blue Waters supercomputador da National Science Foundation para realizar tridimensionais simulações de computador para preencher uma importante peça de nossa compreensão do que impulsiona essas explosões em falta .
Os pesquisadores relatam suas descobertas online em 30 de novembro, antes da publicação na revista Nature. O autor principal do artigo é Philipp Mosta, que começou o trabalho, enquanto um acadêmico de pós-doutorado no Caltech e agora é um Fellow NASA Einstein na Universidade de Berkeley.
As explosões extremamente brilhantes vêm em duas variedades - alguns são um tipo de supernovas enérgico chamado hipernovas (imagem acima), enquanto outros são explosões de raios gama (GRBs). Ambos são impulsionados por jatos focadas formados em alguns desmoronou núcleos estelares. No caso das GRBs, os próprios jatos escapar a estrela no perto da velocidade da luz e emitem fortes feixes de luz chamados raios gama extremamente energéticos. Os ingredientes necessários para criar esses jatos são rápida rotação e um campo magnético que é um milhão de bilhões de vezes mais forte que o próprio campo magnético da Terra.
No passado, os cientistas simularam a evolução de estrelas massivas de seu colapso para a produção destas explosões impulsionado a jato por factoring irrealisticamente grandes campos magnéticos em seus modelos - sem explicar como eles poderiam ser gerados em primeiro lugar. Mas como poderia campos magnéticos fortes o suficiente para abastecer as explosões existem na natureza?
"Isso é o que nós estávamos tentando entender com este estudo", diz Luke Roberts, um Fellow NASA Einstein em Caltech e um co-autor no papel. "Como você pode começar com o campo magnético que você poderia esperar de uma estrela maciça que está prestes a ruir - ou, pelo menos, um campo magnético inicial que é muito mais fraco do que o campo necessária para alimentar essas explosões - e construí-lo até o a força que você precisa para colimar um jato e dirigir uma supernova-driven jato? "
A imagem abaixo é uma visualização do campo magnético forte, mandada construir por ação dínamo no núcleo de uma rápida rotação, desabou estrela. (Moesta et al. / Nature)
Durante mais de 20 anos, a teoria sugere que o campo magnético da maior parte das regiões inner- de uma estrela maciça que entrou em colapso, também conhecido como uma estrela proto-neutrões, pode ser amplificado por uma instabilidade no fluxo de plasma, se o seu núcleo é rapidamente rotativa, fazendo com que o seu bordo exterior para rodar mais rápido do que o seu centro.No entanto, não há modelos anteriores podem revelar-se este processo poderia reforçar um campo magnético na medida necessária para colimar um jato, em grande parte porque essas simulações faltava a resolução para resolver onde o fluxo torna-se instável.
Mosta e seus colegas desenvolveram uma simulação de um núcleo estelar girando rapidamente entrou em colapso e escalou-o para que pudesse executar no supercomputador Blue Waters, um poderoso supercomputador financiada pela NSF localizado no Centro Nacional de Aplicações de Supercomputação da Universidade de Illinois. Blue Waters é conhecido por sua capacidade de fornecer computação de alto desempenho sustentado para os problemas que produzem grandes quantidades de informação. Mais alta resolução de simulação da equipe levou 18 dias de cerca de-the-clock de computação por cerca de 130.000 processadores de computador para simular a apenas 10 milésimos de segundo a evolução do núcleo.
No final, os investigadores foram capazes de simular o chamado instabilidade magnetorotational responsável pela amplificação do campo magnético. Eles vi - como teoria previsto - que a instabilidade cria pequenas manchas de um intenso campo magnético distribuído de uma maneira caótica ao longo do núcleo da estrela colapsada.
"Surpreendentemente, descobrimos que um processo dínamo conecta essas manchas para criar uma estrutura maior, ordenou", explica David Radice, um companheiro Walter Burke em Caltech e um co-autor no papel. Um tipo de gerador eléctrico cedo conhecido como um dínamo produzido por uma corrente rotativa bobinas electromagnéticas dentro de um campo magnético. Da mesma forma, dínamos astrofísicas gerar correntes de fluidos quando hidromagnéticas em núcleos estelares rodar sob a influência dos seus campos magnéticos. Essas correntes podem amplificar os campos magnéticos.
"Nós achamos que esse processo é capaz de criar campos de grande escala - o tipo que você precisa para jatos de energia", diz Radice.
Os pesquisadores também observam que os campos magnéticos que eles criaram em suas simulações são semelhantes em força aos observados em magnetares - estrelas de nêutrons (um tipo de remanescente estelar) com extremamente fortes campos magnéticos. "É preciso milhares ou milhões de anos para uma estrela proto-neutrões para se tornar uma estrela de nêutrons, e nós ainda não simulou isso. Mas se você pudesse transportar essa coisa milhares ou milhões de anos para a frente no tempo, você teria um forte o suficiente campo magnético para explicar a intensidade de campo magnetares ", diz Roberts. "Isso pode explicar alguma fração de magnetares ou uma classe particular de muito brilhante supernovas que são pensados para ser alimentado por um magnetar girando em seu centro."
O Galaxy diário via Caltech
Crédito de imagem: Hypernova no topo da página NASA / SkyWorks Digital.
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