Informacje
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
  Jesteś tutaj:  Wirtualny Wszechświat > Informacje > Nowinki 2000-2002 > Astronomia > Nowinka z dn. 13-06-2002  
 Jesteś tutaj
nowinka:
Jak gwiazdy wybuchają
autor:
Jarosław Włodarczyk
z dnia:
13-06-2002





Jak gwiazdy wybuchają
Astrofizykom udało się zgłębić proces kosmicznej eksplozji, zwanej supernową, za pomocą superszybkiego komputera. Powstał pierwszy w historii trójwymiarowy model takiego wybuchu.

Supernowa (typu II) to ostatni, najbardziej dramatyczny etap życia masywnej gwiazdy, o masie przekraczającej co najmniej 3 masy Słońca. Po szybkich przemianach termojądrowych, jakie dostarczają gwieździe energii, dzięki której świeci - od najlżejszego wodoru poprzez hel, tlen, azot i węgiel itd. - w centrum gwiazdy powstaje na moment żelazne jądro o rozmiarach porównywanych z Ziemią. Jądro jest bardzo gęste i gorące, rozgrzane do temperatury sięgającej 10 miliardów stopni. Niestety, jądra żelaza nie mogą się łączyć w fuzji termojądrowej tak, by produkować energię. Innymi słowy, rezerwuar energii zostaje wyczerpany i gwiazda nie może już dłużej powstrzymywać siłami ciśnienia olbrzymiej grawitacji swych zewnętrznych warstw, które dążą do zgniecenia gwiezdnej materii. Następuje gwałtowne zapadnięcie się gwiazdy, kolaps, w którego wyniku dochodzi do eksplozji supernowej. Proces ten jest tak potężny, że na krótko umierająca gwiazda rozbłyskuje jaśniej niż miliardy gwiazd galaktyki.

Od lat sześćdziesiątych XX wieku astrofizycy próbowali dokładnie opisać procesy, które zachodzą w materii gwiazdy podczas wybuchu supernowej. Nic dziwnego, skoro jest to niezwykłe laboratorium fizyki: w ekstremalnych warunkach rolę zaczynają odgrywać wszystkie znane siły przyrody - grawitacja, promieniowanie elektromagnetyczne i oddziaływania jądrowe, słabe i silne. Podczas wybuchu jądra pierwiastków powstają i giną, podobnie jak cząstki elementarne. A na to wszystko należy nałożyć fizykę ośrodków ciągłych, czyli spojrzeć jak na garnek z wrzącą kosmiczną zupą.

Pierwszy model, opisujący kolaps żelaznego jądra gwiazdy i jej eksplozję, powstał w 1966 roku, stworzony przez Stirlinga Colgate'a i Richarda White, pracujących wówczas w Laboratorium Promieniowania im. Lawrence'a w Livermore (Kalifornia). Jak się jednak wkrótce okazało, ów model miał fatalną cechę: w istocie nie doprowadzał do wybuchu gwiazdy. Poza tym był jednowymiarowy, a więc maksymalnie uproszczony, w czym zresztą upatrywano powód jego "nieeksplozyjności".

Dopiero 30 lat później badaczom udało się opracować dwuwymiarowy model supernowej, który nie posiadał feleru modelu jednowymiarowego. W zespole, który skonstruował nowy model, pracowali: Willy Benz, Marc Herant, Stirling Colgate i Chris Fryer. Okazało się, że jakościowa zmiana, jaką ów model wprowadza, wiąże się z pojawieniem się konwekcji - mieszania materii gwiazdy, spadającej na żelazne jądro. Niemniej w dalszym ciągu wysuwano wątpliwości, czy dwa wymiary dobrze opisują wybuch supernowej. W końcu eksplozja jest jak najbardziej trójwymiarowa. Wątpliwości wydaje się rozwiewać praca Michaela S. Warrena i Chrisa Fryera z Narodowego Laboratorium Los Alamos, która została przedstawiona 5 czerwca 2002 roku na zjeździe Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego, odbywającym się w Albuquerque. Po raz pierwszy bowiem uczonym udało się wymodelować supernową w trzech wymiarach, do czego posłużono się jednym z najpotężniejszych komputerów, IBM RS/6000 SP.

powiększ...
powiększ...
powiększ...
Kolejne stadia eksplozji supernowej w modelu Warrena i Fryera, dziejące się w ciągu 50 milisekund. Kula odpowiada sferycznemu kolapsowi gwiazdy, który trwa jeszcze 400 milisekund po tym, jak żelazne jądro zaczęło się zapadać. Środkowa ilustracja pokazuje już bąble materii, które zostały podgrzane przez uwalnianą w jądrze energię i zaczynają się rozrastać. Trzeci rysunek przedstawia rozgrzaną, eksplodującą materię rozbiegającą się w przestrzeń kosmiczną. Na tych dwóch ilustracjach pokazane zostały powierzchnie o prędkości 1000 km/s. Rys. M. S. Warren/Los Alamos National Laboratory.

Model Warrena i Fryera opisuje ogrzewanie spadających na kolapsujące żelazne jądro zewnętrznych warstw gwiazdy silnym strumieniem neutrin. W tym chaosie w pewnym momencie znaczącą rolę zaczyna odgrywać konwekcja: rozgrzane bąble materii zaczynają unosić się ku górze, podczas gdy zimny gaz wciąż jeszcze spada ku centrum. Ostatecznie trójwymiarowy model eksploduje podobnie jak rzeczywista supernowa. Co więcej, model ten potwierdza z dokładnością 10% przewidywania modelu dwuwymiarowego co do wartości uwalnianej energii, skal czasowych procesów i masy powstającej gwiazdy neutronowej.

Kolejnym krokiem badaczy wybuchów gwiazd będzie uwzględnienie w trójwymiarowym modelu niesymetrycznego zapadania się gwiazdy oraz tego, że typowa gwiazda wiruje wokół własnej osi. Astronomowie mają nadzieję, że uzyskane w ten sposób przewidywania będzie można porównać z obserwacjami wybuchu supernowej SN 1987A, zarejestrowanej 15 lat temu w Wielkim Obłoku Magellana. Niewykluczone, że udoskonalony model potrafi także rzucić nowe światło na problem powstawania fal grawitacyjnych w wyniku eksplozji gwiazdy.

Jarosław Włodarczyk
[  góra strony  ]

Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach