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