Содержание
Взрыв сверхновой разложили на этапы
Сверхновые звёзды — основной источник элементов жизни во Вселенной. Существование человечества и всего живого стало возможно благодаря тем химическим элементам, которые были получены в результате взрыва сверхновых звёзд. Сверхновые по механизму взрыва делятся на два класса — термоядерный взрыв и коллапс ядра. Природа их значительно различается, но универсальность математических моделей позволяет описать все этапы взрыва сверхновых звёзд.
Изображение взрыва сверхновой AT2018cow и её галактики CGCG 137-068, расположенной на расстоянии около 200 млн световых лет. Изображение получено 17 августа 2018 года. Вставка в левом верхнем углу — увеличенное изображение галактики с указанием местоположения сверхновой. Впервые сверхновая была обнаружена 16 июня 2018 года с помощью телескопа ATLAS на Гавайях. Дальнейшие наблюдения, проведённые большой группой телескопов, в том числе космическими телескопами ESA Integral и XMM-Newton, выявили источник мощного рентгеновского излучения в центре этого беспрецедентно яркого и быстро развивающегося звёздного взрыва.
Фото: R. Margutti/W. M. Keck Observatory.
Открыть в полном размере
‹
›
Взрыв сверхновой на основе коллапса ядра — это этап жизненного цикла звёзд с массой, превышающей массу Солнца в восемь раз и более. На этом этапе структура звезды слоистая. Снаружи — оболочка из лёгких ядер водорода, которые в термоядерных реакциях превращаются в ядра гелия. Средний слой — более тяжёлые элементы, такие как углерод и кислород. Ядро звезды представляет собой разогретый до миллиардов градусов и сжатый до больших плотностей газ из самых тяжёлых в звезде элементов — ядер железа.
Когда лёгкое ядерное топ-ливо оболочки выгорает и энергия термоядерных реакций не может противодействовать сдавливающей в центр звезды силе гравитации, происходит сильное сжатие — коллапс ядра. Гравитационное сжатие настолько сильное, что электроны вдавливаются в протоны, и образуется сверхплотное разогретое нейтронное вещество. На определённом этапе оно перестаёт сжиматься, и ничто с внешних оболочек звезды не может проникнуть внутрь.
Возникает обратная ударная волна, идущая наружу. Волна несётся сквозь верхние слои вещества со скоростью до 40 тыс. км/с, увлекая за собой вещество в открытый космос. Разлёт разогретого газа сопровождается мощной световой вспышкой, именно её и называют вспышкой сверхновой.
В результате взрыва в центре бывшей звезды остаётся нейтронная звезда с массой, сравнимой с массой Солнца. Вокруг образуется облако межзвёздного вещества, которое может простираться за пределы родной галактики звезды. В «печи» взрыва сверхновой происходит синтез ядер тяжелее железа. Потому сверхновые объективно считаются колыбелью жизни вещества во Вселенной. Изучение вспышек сверхновых может дать ответы на вопросы, как образовалось вещество, окружающее и составляющее нас сегодня. Непосредственное наблюдение за остаточным излучением взрывов сверхновых, дошедшим до Земли спустя миллионы лет, осложняется тем, что 99% энергии взрыва уносится с лёгкими нейтральными частицами — нейтрино. Частицы практически не взаи-
модействуют с материей, а потому сложно обнаружить их детекторами, установленными на Земле.
Поэтому ключевую роль в исследовании сверхновых звёзд играют расчёты и моделирование.
Сотрудники лаборатории суперкомпьютерного моделирования Института вычислительной математики и математической геофизики (ИВМиМГ) СО РАН под руководством Игоря Михайловича Куликова с целью воссоздания механизмов и этапов взрыва сверхновой провели расчёты, для которых разработали специальный код, учитывающий многообразие физических процессов и ядерных реакций, происходящих при взрыве сверхновых. Под особенности каждого процесса подбирались имеющиеся в распоряжении вычислительные мощности Сибирского суперкомпьютерного центра СО РАН (ЦКП ССКЦ СО РАН). Об этих расчётах рассказал заведующий лабораторией суперкомпьютерного моделирования ИВМиМГ СО РАН Игорь Геннадьевич Черных на конференции «Суперкомпьютерные дни в России», недавно прошедшей в Москве.
Взрыв сверхновой на основе коллапса ядра обычно начинают рассчитывать в точке максимальной плотности — в геометрическом центре звезды. В этом случае задача симметрична.
Новосибирские учёные моделировали не центрально-симметричный термоядерный взрыв сверхновой. В итоге одним расчётом необходимо было описать гидродинамику явления и ядерное горение углерода. Все эти процессы требуют вычислительного оборудования различной конфигурации. Чем сложнее процесс и уравнения, его описывающие, тем больше вычислений необходимо проделать. Соответственно необходимы более мощный процессор, более быстрая и оперативная память.
Чтобы одновременно использовать вычислительные узлы разной конфигурации, специалисты модифицировали часть программного кода, разделив процессы гидродинамики взрыва, коллапса ядра и турбулентного горения вещества. Одни процессы считали с помощью новейших процессоров Intel® на базе микроархитектуры Cascade Lake — 24 ядра на процессор. Количество ядер определяет количество вычислений, проводимых параллельно — независимо друг от друга. Использовали два процессора, то есть 48 ядер и терабайт оперативной памяти. Другая часть физики «поддавалась» моделированию на классических вычислительных узлах на базе процессоров с микроархитектурой Broadwell, младше Cascade Lake на несколько поколений: два процессора по 16 ядер каждый, 128 Гб оперативной памяти.
Данные с различных узлов объединялись через высокоскоростную сеть связи.
Использовалось единое адресное пространство для расчёта и хранения данных — некий промежуточный вариант между жёстким диском и оперативной памятью. Необходимость постоянного обмена данными при этом исключается, а потому сокращается время расчёта. Для получения единого адресного пространства (объединения адресных пространств) использована виртуальная машина, создаваемая в операционной системе.
К такой оптимизации физики обратились из-за того, что подобные расчёты требуют вычислительных мощностей, какими не располагает большинство российских исследовательских институтов. По данным сайта www.top500.org, за первое полугодие 2019 года Россия потеряла одну позицию из трёх в списке пятисот ведущих вычислительных комплексов мира — суперкомпьютер «Ломоносов» Московского государственного университета. Суперкомпьютер «Ломоносов-2» Московского государственного университета занимает 93-ю строчку рейтинга, 364-е место принадлежит машине «Cray XC40» — Главного вычислительного центра Росгидромета.
Лидером в этом списке по-прежнему остаётся Китай, имеющий 216 суперкомпьютеров. США обладают 113-ю машинами. Практически все остальные мощности распределены между Японией и Евросоюзом.
Оптимизация вычислительной модели и кода расчёта в сочетании с конфигурацией вычислительных мощностей, подобранной под конкретную задачу, — ключ к максимальной производительности в условиях ограниченных возможностей российской действительности. Полученные в результате расчётов изображения поэтапного взрыва сверхновой (типа Ia), по мнению новосибирских учёных, отражают их теоретические представления. Поэтому предложенный способ расчёта весьма перспективен для решения самых разнообразных научных задач на суперЭВМ сравнительно малых мощностей.
Астрономы запечатлели взрыв сверхновой — красивую смерть огромной звезды
Срочная новость
Названы лучшие работы конкурса «Снимай науку!»
Названы лучшие работы конкурса «Снимай науку!»
ESO/Inserra et al., Amram et al.
Взрыв произошел в необычной галактике Колесо Телеги.
На расстоянии 500 млн световых лет от Земли в галактике Колесо Телеги, которая находится в созвездии Скульптора, случился взрыв сверхновой.
Взрывы сверхновых бывают двух типов: когда сталкиваются две звезды, вращающиеся одна вокруг другой, и когда заканчивается жизнь огромной красной звезды. Этот взрыв был как раз второго типа. Очень большая звезда больше не может синтезировать атомы в своем ядре, что приводит к взрыву, сбрасывающему внешние слои. Потом образуется либо черная дыра, либо нейтронная звезда.
На видео художественная визуализация взрыва сверхновых второго типа с последующим формированием черной дыры.
Астрономы Европейской южной обсерватории сделали открытие в декабре 2021 года с помощью телескопа, расположенного в Чили.
Затем они сравнили изображение с фото той же галактики, полученным в августе 2014 года. Новую яркую вспышку можно увидеть в нижней левой части второго изображения (фото наверху). Событие назвали SN2021afdx.
Сверхновые могут заставить звезду сиять ярче, чем вся галактика-хозяин, и могут быть видны в течение месяцев или даже лет — мгновение ока в астрономических масштабах времени. Сверхновые — одна из причин, по которой астрономы говорят, что мы все сделаны из звездной пыли: они посыпают окружающее пространство тяжелыми элементами, созданными звездой-прародительницей. Все эти частицы могут оказаться частью других звезд, планет вокруг них и жизни, которая может существовать на тех планетах.
«Обнаружение и изучение этих непредсказуемых событий требует международного сотрудничества», — комментируют в обсерватории.
Когда-то Колесо Телеги была обычной спиральной галактикой. Однако несколько миллионов лет назад она столкнулась с меньшей галактикой-компаньоном, что придало ей странный вид колеса.
Сейчас ее классифицируют как линзообразную кольцевую галактику, диаметр которой оценивается в 150 000 световых лет. Вместе с тремя спиральными галактиками-компаньонами она входит в группу галактик имени себя.
На сайте могут быть использованы материалы интернет-ресурсов Facebook и Instagram, владельцем которых является компания Meta Platforms Inc., запрещённая на территории Российской Федерации
Внеземное
Остальные теги
Расскажите друзьям
Shutterstock
Ученые выяснили, по каким признакам можно определить наличие «генов долголетия»
Разбор скелета собаки
Сергей Каинов, Гнёздово Project
Разрубленная собака и чуть-чуть золота: в Гнездове завершены раскопки двух курганов X в.
Shutterstock
Ученые объяснили, почему люди стали прямоходящими
East News
Большой адронный коллайдер разогнался до беспрецедентного уровня энергии
NASA, ESA, CSA, STScI; Joseph DePasquale (STScI), Anton M.
Koekemoer (STScI), Alyssa Pagan (STScI)«Джеймс Уэбб» сфотографировал Столпы Творения
Koekemoer (STScI), Alyssa Pagan (STScI)Хотите быть в курсе последних событий в науке?
Оставьте ваш email и подпишитесь на нашу рассылку
Ваш e-mail
Нажимая на кнопку «Подписаться», вы соглашаетесь на обработку персональных данных
Что такое сверхновая? | Космическое пространство НАСА — Наука НАСА для детей
Краткий ответ:
Сверхновая — это самый большой взрыв, который когда-либо видел человек. Каждый взрыв — это чрезвычайно яркий, сверхмощный взрыв звезды.
Сверхновая — это самый большой взрыв, который когда-либо видели люди. Каждый взрыв — это чрезвычайно яркий, сверхмощный взрыв звезды.
Иллюстрация одного из самых ярких и мощных взрывов сверхновых, когда-либо зарегистрированных. Изображение предоставлено: NASA/CXC/M.Weiss 9.0005
Что вызывает сверхновую?
Один тип сверхновых возникает в результате «последнего ура» умирающей массивной звезды.
Это происходит, когда звезда, по меньшей мере, в пять раз превышающая массу нашего Солнца, гаснет с фантастическим взрывом!
Массивные звезды сжигают огромное количество ядерного топлива в своих ядрах , или центрах. Это производит тонны энергии, поэтому центр становится очень горячим. Тепло создает давление, а давление, создаваемое ядерным горением звезды, также удерживает эту звезду от коллапса.
Звезда находится в равновесии между двумя противоположными силами. Гравитация звезды пытается сжать звезду в самый маленький и плотный шарик. Но ядерное топливо, горящее в ядре звезды, создает сильное внешнее давление. Этот внешний толчок противостоит внутреннему давлению гравитации.
Что удерживает звезды вместе? Это баланс гравитации, действующей на звезду, и тепла и давления, исходящих наружу от ядра звезды.
Когда у массивной звезды заканчивается топливо, она остывает. Это приводит к падению давления. Гравитация побеждает, и звезда внезапно коллапсирует.
Представьте, что нечто, в миллион раз превышающее массу Земли, рухнет за 15 секунд! Коллапс происходит так быстро, что создает огромные ударные волны, которые заставляют внешнюю часть звезды взрываться!
Обычно остается очень плотное ядро вместе с расширяющимся облаком горячего газа, называемым туманностью. Сверхновая звезда, размер которой более чем в 10 раз больше нашего Солнца, может оставить после себя самые плотные объекты во Вселенной — черные дыры.
Крабовидная туманность — это остаток или остаток массивной звезды в нашем Млечном Пути, которая умерла в 6500 световых годах от нас. Астрономы и внимательные наблюдатели видели сверхновую в 1054 году. Изображение предоставлено: НАСА, ЕКА, Дж. Хестер и А. Лолл (Университет штата Аризона)
Сверхновые второго типа могут возникать в системах, где две звезды вращаются вокруг друг друга, и по крайней мере одна из этих звезд является белым карликом размером с Землю. Белый карлик — это то, что осталось после того, как у звезды размером с наше Солнце закончилось топливо.
Если один белый карлик столкнется с другим или вытянет слишком много вещества из ближайшей звезды, белый карлик может взорваться. Кабум!
На этом рисунке белый карлик вытягивает материю из звезды-компаньона. В конце концов, это приведет к взрыву белого карлика. Изображение предоставлено: STScI
Насколько ярки сверхновые звезды?
Эти впечатляющие события могут быть настолько яркими, что затмевают всю галактику на несколько дней или даже месяцев. Их можно увидеть по всей вселенной.
Насколько распространены сверхновые звезды?
Не очень. Астрономы считают, что каждое столетие в галактиках, подобных нашему Млечному Пути, происходит около двух или трех сверхновых. Поскольку Вселенная содержит так много галактик, астрономы наблюдают несколько сотен сверхновых в год за пределами нашей галактики. Космическая пыль закрывает нам обзор большинства сверхновых звезд Млечного Пути.
Чему мы можем научиться у сверхновых?
Ученые многое узнали о Вселенной, изучая сверхновые звезды.
Они используют второй тип сверхновых (с участием белых карликов) как линейку для измерения расстояний в космосе.
Они также узнали, что звезды — это фабрики Вселенной. Звезды производят химические элементы, необходимые для создания всего в нашей Вселенной. В своих ядрах звезды превращают простые элементы, такие как водород, в более тяжелые элементы. Эти более тяжелые элементы, такие как углерод и азот, необходимы для жизни.
Только массивные звезды могут образовывать тяжелые элементы, такие как золото, серебро и уран. Когда происходят взрывы сверхновых, звезды распределяют по пространству как накопленные, так и вновь созданные элементы.
Как ученые изучают сверхновые звезды?
Ученые НАСА используют различные типы телескопов для поиска и последующего изучения сверхновых. Одним из примеров является миссия NuSTAR (решетка ядерных спектроскопических телескопов), которая использует рентгеновское зрение для исследования Вселенной. NuSTAR помогает ученым наблюдать за сверхновыми и молодыми туманностями, чтобы узнать больше о том, что происходит до, во время и после этих впечатляющих взрывов.
Иллюстрация космического корабля НАСА NuSTAR. Изображение предоставлено: NASA/JPL-Caltech
Если вам понравилось это, вам может понравиться:
Как наше Солнце сравнивается с другими звездами?
Настоящая падающая звезда!
Галерея изображений Вселенной НАСА
Огромный, необычайно мощный взрыв сверхновой звезды в космосе, обнаруженный учеными
В космосе часто что-то идет не так бум .
А недавно, 9 октября, астрономы наблюдали необычайно колоссальный бум. Обсерватория НАСА Swift, специально предназначенная для обнаружения самых мощных известных сегодня взрывов во Вселенной, называемых гамма-всплесками, обнаружила чрезвычайно сильный такой всплеск. Что-то невероятно мощное должно производить эти потоки энергии, которые путешествуют в космосе, и ученые говорят, что они вызваны коллапсом и взрывом огромных звезд, событиями, называемыми сверхновыми.
Чтобы звезда стала сверхновой, она должна быть достаточно массивной — как минимум в восемь раз больше Солнца. Но чтобы сверхновая произвела самый сильный гамма-всплеск, звезда должна быть в 90 074 раз больше, чем Солнце, примерно в 30–40 раз больше, чем в 90 075 раз. Это новое мощное обнаружение, настолько редкое, что мы, вероятно, будем наблюдать что-то такого масштаба примерно раз в десятилетие, исходит от такой мощной звезды.
«Это уникальное событие», — сказала Mashable Иветт Сендес, астроном и научный сотрудник Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики.
СМОТРИТЕ ТАКЖЕ:
Огромный загадочный взрыв зафиксирован в глубоком космосе
Главное, вам не о чем беспокоиться. Этот ужасный взрыв произошел в галактике на расстоянии 2 миллиардов световых лет. На таком расстоянии его энергия, путешествующая и распространяющаяся в космосе эоны лет, не представляет для нас опасности. Но мы можем легко, со спутниками, обнаружить это.
«Это все равно, что занять место в первом ряду на фейерверке», — объяснила Сендес.
(Гамма-лучи относятся к тому же спектру излучения, что и AM- и FM-радио, видимый свет и рентгеновские лучи, хотя гамма-лучи обладают наибольшей энергией.)
«Это невероятно, невероятно редко».
Астрономы никогда не видели гамма-всплеска в окрестностях нашей галактики (имеются в виду местные галактики вокруг нас). Это потому, что сами звездные взрывы не слишком распространены. Звезда в нашей галактике Млечный Путь становится сверхновой примерно раз в столетие. Но огромная звезда, тип которой необходим для чрезвычайно яркого и продолжительного (порядка нескольких минут) гамма-всплеска, взрывается примерно раз в миллион лет в галактике среднего размера, такой как наша, отметил Сендес.
«Это невероятно, невероятно редко», — сказала Сендес.
Гамма-всплески обнаруживаются далеко, потому что в глубоком космосе есть сотни миллиардов галактик , изобилующих звездами. Рядом с нами относительно мало возможностей для такого события по сравнению с более широкой Вселенной.
(Более того, чтобы его обнаружить, нужно смотреть в сторону «воронки» энергии, излучаемой взрывом в космос.)
Твит мог быть удален
(откроется в новой вкладке)
Представление художника о гамма-всплеске взорвавшейся звезды.
Предоставлено: НАСА/ЕКА/. М. Корнмессер
Поскольку эти гамма-всплески часто происходят на расстоянии многих миллиардов световых лет, инструменты, созданные для обнаружения этих сигналов, чрезвычайно чувствительны. Это еще одна причина, по которой это обнаружение, которое было относительно «близким», было таким интенсивным и «ярким».
«Это все равно, что направить телескоп на солнце», — объяснила Сендес. «Это перегрузило детекторы». Взрыв «является одним из самых ярких известных событий», отмечает НАСА.
Вам может быть интересно, что теперь происходит с взорвавшейся звездой после такого резкого коллапса и взрыва. Вероятно, он превратился в черную дыру. «Большинство черных дыр образуются из остатков большой звезды, погибшей в результате взрыва сверхновой», — отмечает НАСА.
Хотите получать больше новостей науки и техники прямо на свой почтовый ящик? Подпишитесь на информационный бюллетень Mashable Top Stories сегодня.
Астрономы на телескопе Gemini South в Чили запечатлели последствия взрыва «Гамма-всплеска GRB221009».А.»
Предоставлено: Международная обсерватория Близнецов / NOIRLab / NSF / AURA/B. О’Коннор (UMD/GWU) и Дж. Растинежад и В. Фонг (Северо-Западный университет)
Телескоп НАСА Swift зафиксировал «последний поток» мощного гамма-всплеска примерно через час после того, как агентство обнаружило это событие.
Авторы и права: НАСА / Swift / А. Бердмор (Университет Лестера)
Твит мог быть удален
(откроется в новой вкладке)
Черные дыры — невероятно любопытные космические объекты. Как ранее сообщал Mashable, черные дыры — это места, где материя сжалась в чрезвычайно компактную область. Если бы Земля (гипотетически) превратилась в черную дыру, ее диаметр был бы меньше дюйма.