これは、宇宙で起こっているすべての出来事の中で最も強烈で暴力的なものの1つ、超新星です。洗練されたコンピューターシミュレーションを使用して、物理的な効果を示す3次元モデルを作成できました。恒星物質が内側に引き寄せられたときに発生する激しい動きと激しい動きです。それは、星が爆発するときに起こるダイナミクスの大胆で新しい見方です。
私たちが知っているように、太陽の8倍から10倍の質量を持つ星は、大爆発によって寿命を終える運命にあり、ガスは信じられないほどの力で宇宙に吹き込まれます。これらの激変イベントは、宇宙で最も明るく、最も強力なイベントの1つであり、発生すると銀河を凌ぐことができます。私たちが知っているように、生命にとって重要な要素を作成するのはまさにこのプロセスであり、中性子星の始まりです。
中性子星は、それ自体が謎です。これらの非常にコンパクトな恒星の残骸には、太陽の1.5倍もの質量が含まれていますが、都市のサイズに圧縮されています。ゆっくりと絞るのではありません。この圧縮は、恒星のコアがそれ自体の質量の強い重力から内破するときに起こり、ほんの一瞬しかかかりません。何か止められますか？はい。限界があります。原子核の密度を超えると、崩壊は止まります。これは、砂糖の立方体のサイズに圧縮された約3億トンに相当します。
中性子星を研究することは、科学者が答えようと切望している全く新しい次元の質問を開きます。彼らは何が恒星の破壊を引き起こし、どのように恒星のコアの爆縮が爆発に戻るのかを知りたいのです。現在、彼らはニュートリノが重要な要素であるかもしれないと理論づけています。これらの小さな元素粒子は、超新星プロセスの間に作成され、記念碑的な数で放出され、爆発を点火する加熱要素として非常によく機能する可能性があります。研究チームによると、ニュートリノは恒星ガスにエネルギーを与え、圧力を高める可能性があります。そこから衝撃波が発生し、加速すると星を破壊して超新星を引き起こす可能性があります。
おそらくもっともらしいことですが、天文学者はこの理論が機能するかどうか確信がありません。超新星のプロセスは実験室の条件下では再現できず、超新星の内部を直接見ることができないため、コンピュータシミュレーションに頼るだけで済みます。現在、研究者は、星のガスの運動とコア崩壊の臨界の瞬間に起こる物理的性質を再現する複雑な数式で超新星イベントを再現することができます。これらのタイプの計算では、世界で最も強力なスーパーコンピューターのいくつかを使用する必要がありますが、同じ結果を得るために、より単純なモデルを使用することも可能です。 「たとえば、ニュートリノの重要な影響がいくつかの詳細な処理に含まれている場合、コンピューターシミュレーションは2次元でしか実行できません。つまり、モデルの星は軸の周りに人工的な回転対称性があると想定されていました。」研究チームは言います。
Rechenzentrum Garching（RZG）のサポートにより、科学者は非常に効率的で高速なコンピュータープログラムを作成できました。彼らはまた、最も強力なスーパーコンピューターへのアクセスと、1億5,000万プロセッサー時間近くのコンピューター時間賞を与えられました。ガーヒングにあるマックスプランク宇宙物理学研究所（MPA）の研究者チームは、崩壊する星のプロセスを3次元で、すべての関連する物理学の洗練された説明で初めてシミュレートできるようになりました。
「この目的のために、並列モードで16,000近くのプロセッサコアを使用しましたが、1つのモデルの実行には約4.5か月の継続的なコンピューティングが必要でした」とシミュレーションを実行した博士課程の学生であるFlorian Hankeは言います。そのような長期間にわたって十分に強力なマシンを提供できたのは、ヨーロッパの2つのコンピューティングセンターのみです。つまり、パリ近くのトレグランドセンターデカルキュル（TGCC）du CEAのCURIEと、ミュンヘン/ガーヒングのライプニッツレヘンツェントラム（LRZ）のSuperMUCです。
数千億バイトのシミュレーションデータを考えると、研究者がモデルの実行の影響を完全に理解できるようになるまでにはしばらく時間がかかりました。しかし、彼らが見たものは高揚し、驚いた。恒星ガスは通常の対流と非常によく似た方法で機能し、ニュートリノが加熱プロセスを駆動します。そしてそれだけではありません…彼らはまた、回転運動に一時的に変化する強いスロッシング運動を発見しました。この動作は以前に観察されており、Standing Accretion Shock Instabilityと呼ばれています。ニュースリリースによると、「この用語は、超新星衝撃波の初期の球形性が自然に破壊されるという事実を表しています。衝撃は、最初は小さなランダムな種の摂動の振動成長によって大きな振幅の脈動非対称性を発生させるためです。しかし、これまでのところ、これは単純化された不完全なモデルシミュレーションでのみ発見されていました。」
「パリ近郊のService d ’Astrophysique des CEA-Saclayにいる同僚のティエリーフォグリッツォは、この不安定性の成長状況について詳細に理解しました」と研究チームの責任者であるハンストーマスヤンカは説明します。 「彼は実験を構築しました。そこでは、円形の水流における水力学的ジャンプが、超新星コアの崩壊物質の衝撃波面に非常に類似した脈動の非対称性を示します。」衝撃不安定性の浅水アナログとして知られているこのダイナミックプロセスは、ニュートリノ加熱の重要な影響を排除することにより、あまり技術的ではない方法で実証できます。これは、多くの天体物理学者が、崩壊する星がこのタイプの不安定性を通過するのではないかと疑う理由です。ただし、新しいコンピューターモデルは、立位降着ショックの不安定性が重要な要因であることを実証できます。
「それは超新星コアの質量運動を支配するだけでなく、ニュートリノと重力波放出に特徴的なシグネチャを課します。これは将来の銀河超新星で測定可能になるでしょう。さらに、それは恒星爆発の強い非対称性につながる可能性があり、その過程で新しく形成された中性子星は大きなキックとスピンを受け取ります」とチームメンバーのベルンハルトミュラーは超新星コアにおけるそのような動的プロセスの最も重要な結果を説明します。
超新星の研究は終わりましたか？中性子星について知っておくべきことはすべて理解できましたか？ほとんどありません。現時点で、科学者はSASIに接続された測定可能な影響を調査し、関連する信号の予測を改善する準備ができています。将来的には、より長いシミュレーションを実行して、不安定性とニュートリノ加熱がどのように反応するかを明らかにすることで、彼らは理解を深めるでしょう。おそらくいつの日か、彼らはこの関係を超新星爆発を起こして中性子星を想像するきっかけとなるように示すことができるでしょう。
元のストーリー出典：Max Planck Institute for Astrophysicsニュースリリース.
