Многомерное моделирование вспышек сверхновых раскрывает физику ударных волн и околозвёздной среды

Результаты нового исследования: нестабильность вещества усиливает яркость вспышки сверхновой

Звёзды с массой от 10 до 30 солнечных масс на последних стадиях эволюции образуют железное ядро, которое в конечном итоге коллапсирует в нейтронную звезду. Этот коллапс высвобождает огромное количество гравитационной энергии через нейтрино, вызывая ударную волну, которая уничтожает всю звезду. Ударная волна распространяется внутри звезды и играет ключевую роль в процессе образования сверхновой.

Когда ударная волна достигает поверхности звезды, энергия фотонов начинает эффективно рассеиваться к её краю, производя чрезвычайно яркую «вспышку сверхновой». Эта вспышка длится короткий период, обычно около нескольких часов, при этом излучение в основном сосредоточено в рентгеновском диапазоне и ультрафиолете, и происходит задолго до кривой видимого света. Поэтому её можно использовать в качестве предвестника дёля прогнозирования взрывов сверхновых.

Новые результаты моделирования, опубликованные в The Astrophysical Journal, сосредоточены на известной сверхновой 1987A, которая предоставляет уникальную возможность изучить эволюцию от сверхновых с коллапсом ядра до остатков сверхновой. Исследование показало, что окружение звезды-прародительницы существенно влияет на вспышку взрыва, что указывает на то, что вспышку можно использовать для изучения условий, сопутствующих взрывам сверхновых, и для установления связи между околозвёздной средой и потерей массы звездой.

Многомерное моделирование, проведённое Вун-И Ченом, главным автором статьи, и его коллегами, показало, что нестабильность вещества во время прорыва ударной волны усиливает яркость вспышки и увеличивает её продолжительность. «Взаимодействие между предшественниками излучения и окружающей средой имеет решающее значение для формирования сигнала прорыва ударной волны. Наши многомерные и многополосные моделирования могут более точно описывать сложную динамику во время прорыва ударной волны», — отметил Чен.

Доктор Масаоми Оно, соавтор исследования в ASIAA, добавляет: «Это исследование демонстрирует, что даже для сферических взрывов сигналы прорыва ударной волны, полученные с помощью двумерной радиационной гидродинамики, могут отличаться от предсказанных одномерными моделями. Многомерная радиационная гидродинамика имеет важное значение для оценки сигналов прорыва ударной волны сверхновых с коллапсом ядра, особенно в неоднородной околозвёздной среде».

«Эти моделирования предоставляют важные опорные данные для будущих наблюдений и прогнозов сверхновых. Рентгеновские и ультрафиолетовые космические телескопы следующего поколения будут улавливать больше вспышек сверхновых, углубляя наше понимание ранней эволюции сверхновых и окончательной эволюции массивных звёзд», — подчеркнул доктор Ке-Юнг Чен, руководитель исследовательской группы.