Zrod neutronové hvězdy

2. červenec 2013
Asymetrický vývoj při vzniku supernovy

Pomocí výkonných počítačů namodelovali vědci složitý proces vzniku neutronové hvězdy, poprvé ve třech dimenzích.

Představte si 300 milionů tun materiálu napěchovaných do kostky cukru. Pak z takových kostek v duchu poskládejte kouli, která je v průměru velká asi jako Praha. Tak nějak vypadá neutronová hvězda. Jde o jedno ze závěrečných stadií života hvězd, konkrétně těch, jejichž hmotnost je více než desetkrát větší než hmotnost Slunce. Taková hvězda vybuchne jako supernova a zhroutí se do koule uvedených rozměrů. Výsledného zhuštění hmoty je dosaženo tak, že se elektrony vmáčknou do atomových jader k protonům a tím je změní na neutrony.

V hlavní roli neutrina
Vědci zastávají názor, že propojujícím článkem mezi gravitačním zhroucením na jedné straně a obřím výbuchem na druhé jsou elementární částice zvané neutrina. Ta vznikají pří přeměně protonu a elektronu v neutron, tedy v jádru kolabující hvězdy. Neutrina mají malou hmotnost a nereagují na elektrické síly, díky tomu mohou být vyzářena přes vnější vrstvy hvězdy pryč. Proud neutrin, která vznikla ve vysokých teplotách, ohřívá vnější obálky hvězdy a zvyšuje jejich energii. Tlaková vlna neutrin následně způsobí roztrhání a výbuch hvězdy.

Za neprůhlednou oponou
Světlo vybuchující supernovy může přesvítit celou galaxii. V tomto okamžiku vznikají všechny chemické prvky těžší než železo a spolu s vnějšími obálkami hvězdy jsou rozmetány do vesmírného prostoru. Pohled na to, co se děje uvnitř supernovy, však není možný, brání nám v tom neprůhledná mračna plynu. Proto se vědecké zkoumání musí obrátit k počítačovým simulacím.

Do výpočtů simulace byly zapojeny nejvýkonnější evropské počítače

Poprvé 3D
Fyzikální procesy, které probíhají v supernovách, ani rovnice, které je popisují, nejsou jednoduché. Proto se dříve musela používat různá hrubá zjednodušení, například v oblasti rotačních symetrií. Nyní poprvé se podařilo vědcům získat k dispozici počítače s dostatečnou výpočetní kapacitou. Do projektu se zapojilo 16 tisíc procesorů, které dohromady strávily nad výpočty 150 milionů hodin. Jediný běh simulace zabral 4 a půl měsíce počítání.

Rozkývaná atmosféra
Počítačový model nabídl vědcům očekávaný pohled podobný bublání a varu. Vedle toho se ale objevily také další jevy z dynamiky tekutin. Látka jako by se chaoticky přelévala z místa na místo. Prohlédněte si simulaci ve videu. Tento jev se objevil už dříve na jednodušších simulacích a dostal název Nestabilita narůstajícího stojatého vlnění. Znamená to, že původní kulový stav se rozruší a zpočátku malé asymetrie, se rozrostou do velkých rozměrů. Podobný jev pozorovali vědci také v proudění pozemských tekutin, konkrétně ve vodních vírech a válcích. Proto byli zpočátku někteří vědci skeptičtí, že by se podobný princip uplatňoval při výbuších supernov. Nicméně trojdimenzionální model roli tohoto jevu potvrdil. Vědci doufají, že v budoucnu najdou otisk těchto asymetrií také v gravitačních vlnách, které výbuch některé z budoucích supernov vyvolá.

Některé jevy, které ukázal numerický model, lze pozorovat také v hydrodynamice

Zkoumání supernov pomocí počítačových simulací bude pokračovat i nadále. Vědci si od nich slibují další detaily a zpřesnění teorií. Jejich cílem je definitivně rozluštit, jak výbuch supernovy probíhá a jak vznikají neutronové hvězdy.

Spustit audio
autor: Ludmila Divišová