Исследование экзотических сверхновых достигло значительной вехи благодаря работе Ке-Джунга Чена и его сотрудников из ASIAA (Тайвань). Используя современные суперкомпьютеры, они впервые провели трехмерное моделирование этих явлений, раскрыв неизученные аспекты их природы и поведения. Проливая свет на уникальные свойства экзотических сверхновых, эти открытия могут перевернуть наше представление о массивных звездах и механизмах их конечных взрывов.
Изучение таких космических явлений, как сверхновые, является важнейшей составляющей астрофизики, проливающей свет на наше понимание жизни, смерти и эволюции звезд. Эти беспрецедентные по своей яркости звездные взрывы стали объектом многочисленных исследований, постепенно раскрывающих их тайны.
В последнее время внимание приковано к особой категории — экзотическим сверхновым, необычные свойства которых ставят под сомнение устоявшиеся знания. Именно на этом фоне группа специалистов под руководством Ке-Джунга Чена (Ke-Jung Chen) из Института астрономии и астрофизики Академии Синика (Тайвань) провела трехмерное моделирование этих явлений. Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal.
Происхождение этих экзотических сверхновых пока не до конца понятно, но астрономы полагают, что они могут возникать из необычайно массивных звезд. У звезд с массой, в 80-140 раз превышающей массу Солнца, по мере приближения к концу жизни в ядре происходят реакции синтеза углерода. В ходе этого процесса высокоэнергетические фотоны могут создавать электрон-позитронные пары, вызывая пульсации в ядре и приводя к нескольким сильным сжатиям. В результате этих сжатий высвобождается большое количество энергии термоядерного синтеза и происходят взрывы, приводящие к крупным извержениям внутри звезд. Сами эти извержения могут быть похожи на обычные взрывы сверхновых. Кроме того, при столкновении материала, образовавшегося в разные периоды эрупции, могут возникать явления, аналогичные сверхсвечению сверхновых.
В настоящее время такие массивные звезды во Вселенной встречаются относительно редко, что соответствует редкости именно таких сверхновых. Поэтому ученые предполагают, что родоначальниками особых сверхновых с большой вероятностью могут быть звезды с массами, в 80-140 раз превышающими массу Солнца. Однако нестабильная эволюционная структура этих звезд делает их достаточно сложными для моделирования, и существующие модели в основном сводятся к одномерному моделированию.
Группа Ке-Джунга Чена впервые в мире провела трехмерное моделирование для глубокого изучения экзотических сверхновых. Эти моделирования, выполненные с использованием самых современных суперкомпьютеров (и миллионов вычислительных часов), пролили свет на неизвестные и сложные аспекты этих взрывов, открыв новые перспективы в изучении массивных звезд.
В частности, результаты исследования показывают, что явление периодических извержений в массивных звездах может иметь характеристики, сходные с характеристиками сверхновых с множественной интенсивностью. При столкновении вещества разных периодов извержения около 20-30% кинетической энергии газа может быть преобразовано в излучение, что объясняет феномен сверхсветящихся сверхновых.
Кроме того, под действием радиационного охлаждения извергающийся газ образует плотную, но неоднородную трехмерную листовую структуру, которая и становится основным источником светового излучения в сверхновой. Результаты моделирования эффективно объясняют наблюдательные характеристики экзотических сверхновых, о которых говорилось выше.
Авторы поясняют в пресс-релизе, что трехмерное моделирование экзотической сверхновой позволяет выявить турбулентные структуры, возникающие при выбросе вещества во время взрыва. Эти турбулентные структуры затем оказывают влияние на светимость и структуру взрыва сверхновой в целом. Турбулентность играет существенную роль в процессе взрыва сверхновой, возникая в результате неравномерного движения жидкости и приводя к сложной динамике. Эти турбулентные структуры перемешивают и деформируют вещество, влияя на выделение и передачу энергии, что сказывается на светимости и внешнем виде сверхновой.
С запуском проектов по наблюдению сверхновых нового поколения будут обнаружены более экзотические сверхновые. Эти открытия в сочетании с достижениями в области моделирования будут определять наше понимание последних стадий формирования массивных звезд и механизмов их взрыва.