Хаос. Нелинейная динамика

Сотрудники Института астрофизики им. Макса Планка (Германия) провели моделирование вспышки сверхновой II типа в трех измерениях. Полная версия отчета опубликована в издании The Astrophysical Journal; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv (0908.3474v2).

Высочайшая энергия таких вспышек позволяет регистрировать их на большом удалении, но происходят взрывы звезд редко: в галактике размером с Млечный Путь за 50 лет наблюдается в среднем одна сверхновая. Чуть больше 20 лет назад Земли достигло излучение сверхновой SN 1987A, вспыхнувшей в туманности Тарантула в Большом Магеллановом облаке, на расстоянии "всего" в 170 000 световых лет от нас. Удачное расположение SN 1987A позволило изучить ее как ни одну другую сверхновую.

SN 1987A относится к сверхновым II типа - взрывам звезд с массой, превышающей 9 солнечных; в данном случае первоначальная масса звезды была оценена примерно в 20 солнечных. При наблюдении объекта астрономы обнаружили, что вид кривой блеска определяется распадом нестабильного изотопа никеля 56Ni, который проникает в водородную оболочку разрушенной звезды. Никелевые "пули" двигались из внутренних областей наружу со скоростью в несколько тысяч километров в секунду - гораздо быстрее, чем окружающий водород. Дать объяснение этому упрощенные одномерные гидродинамические расчеты не могли; созданные через некоторое время двумерные модели показали, что взрыв действительно асимметричен и вызывает перемешивание вещества, но воспроизвести данные наблюдений с достаточной точностью их авторам также не удалось.

В рассматриваемой работе астрофизики исследовали процесс взрыва голубого сверхгиганта массой в 15,5 солнечных на длительном временном промежутке. Моделирование стартует через несколько миллисекунд после инициации взрыва в ядре и заканчивается тремя часами позже.

"Трехмерная модель существенно отличается от ее двумерного аналога, - рассказывает ведущий автор исследования Николай Хаммер (Nicolay Hammer). - Они, к примеру, дают разные результаты в части перемещения сгустков вещества с высоким содержанием металлов. Этот эффект определяет смешивание вещества и может влиять на ход эволюции сверхновой и ее наблюдаемые характеристики". В трехмерном варианте металлосодержащие "пули" движутся быстрее, чем в двумерном, что в большей степени соответствует экспериментальным данным.

В будущем ученые планируют провести моделирование взрывов звезд других типов при различных начальных условиях.