Ini adalah salah satu yang paling intens dan ganas dari semua peristiwa di ruang angkasa - supernova. Melalui penggunaan simulasi komputer yang canggih, mereka telah mampu menciptakan model tiga dimensi yang menunjukkan efek fisik - gerakan intens dan kekerasan yang terjadi ketika materi bintang ditarik ke dalam. Ini adalah tampilan baru yang berani dalam dinamika yang terjadi ketika sebuah bintang meledak.
Seperti kita ketahui, bintang-bintang yang memiliki delapan hingga sepuluh kali massa Matahari ditakdirkan untuk mengakhiri hidup mereka dalam ledakan besar, gas-gas ditiupkan ke angkasa dengan kekuatan luar biasa. Peristiwa-peristiwa dahsyat ini adalah salah satu peristiwa paling terang dan paling kuat di Semesta dan dapat mengalahkan sebuah galaksi saat itu terjadi. Proses inilah yang menciptakan unsur-unsur penting bagi kehidupan seperti yang kita ketahui - dan awal dari bintang-bintang neutron.
Bintang-bintang neutron adalah teka-teki bagi diri mereka sendiri. Sisa-sisa bintang yang sangat padat ini mengandung sebanyak 1,5 kali massa Matahari, namun dikompresi hingga seukuran kota. Ini bukan pemerasan lambat. Kompresi ini terjadi ketika inti bintang meledak dari gravitasi yang intens dari massanya sendiri ... dan hanya membutuhkan sepersekian detik. Adakah yang bisa menghentikannya? Iya. Ia memiliki batas. Runtuh berhenti ketika densitas inti atom terlampaui. Itu sebanding dengan sekitar 300 juta ton yang dikompres menjadi sesuatu seukuran gula batu.
Mempelajari bintang-bintang neutron membuka dimensi pertanyaan yang sama sekali baru yang ingin dijawab oleh para ilmuwan. Mereka ingin tahu apa yang menyebabkan gangguan bintang dan bagaimana ledakan inti bintang kembali menjadi ledakan. Saat ini, mereka berteori bahwa neutrino mungkin merupakan faktor penting. Partikel-partikel elemen kecil ini dibuat dan dikeluarkan dalam jumlah yang monumental selama proses supernova dan mungkin bertindak sebagai elemen pemanas yang memicu ledakan. Menurut tim peneliti, neutrino bisa memberikan energi ke gas bintang, menyebabkannya menumpuk. Dari sana, gelombang kejut tercipta dan karena semakin cepat, itu dapat mengganggu bintang dan menyebabkan supernova.
Mungkin masuk akal, para astronom tidak yakin apakah teori ini bisa berhasil atau tidak. Karena proses supernova tidak dapat diciptakan kembali dalam kondisi laboratorium dan kami tidak dapat melihat langsung ke bagian dalam supernova, kami hanya perlu mengandalkan simulasi komputer. Saat ini, para peneliti dapat menciptakan kembali peristiwa supernova dengan persamaan matematika yang kompleks yang mereplikasi gerakan gas bintang dan sifat fisik yang terjadi pada saat kritis kehancuran inti. Jenis-jenis komputasi ini memerlukan penggunaan beberapa superkomputer paling kuat di dunia, tetapi juga dimungkinkan untuk menggunakan model yang lebih sederhana untuk mendapatkan hasil yang sama. "Jika, misalnya, efek penting dari neutrino dimasukkan dalam beberapa perawatan terperinci, simulasi komputer hanya dapat dilakukan dalam dua dimensi, yang berarti bahwa bintang dalam model diasumsikan memiliki simetri rotasi buatan di sekitar sumbu." kata tim peneliti.
Dengan dukungan Rechenzentrum Garching (RZG), para ilmuwan dapat membuat program komputer yang sangat efisien dan cepat. Mereka juga diberi akses ke superkomputer paling kuat, dan penghargaan waktu komputer hampir 150 juta jam prosesor, yang merupakan kontingen terbesar sejauh ini diberikan oleh inisiatif "Kemitraan untuk Komputasi Lanjut di Eropa (PRACE)" dari Uni Eropa, tim peneliti di Institut Max Planck untuk Astrofisika (MPA) di Garching sekarang dapat untuk pertama kalinya mensimulasikan proses dalam menghancurkan bintang dalam tiga dimensi dan dengan deskripsi canggih dari semua fisika yang relevan.
"Untuk tujuan ini kami menggunakan hampir 16.000 inti prosesor dalam mode paralel, tetapi masih menjalankan model tunggal membutuhkan waktu sekitar 4,5 bulan komputasi berkelanjutan", kata mahasiswa PhD Florian Hanke, yang melakukan simulasi. Hanya dua pusat komputasi di Eropa yang mampu menyediakan mesin yang cukup kuat untuk periode waktu yang lama, yaitu CURIE di Très Grand Centre de kalkulasi (TGCC) du CEA dekat Paris dan SuperMUC di Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) di Munich / Garching.
Dengan beberapa ribu miliar byte data simulasi, perlu beberapa saat sebelum para peneliti dapat sepenuhnya memahami implikasi dari model yang mereka jalankan. Namun, apa yang mereka lihat sangat gembira dan mengejutkan mereka. Gas bintang dilakukan dengan cara yang sangat mirip konveksi biasa, dengan neutrino mendorong proses pemanasan. Dan bukan itu saja ... Mereka juga menemukan gerakan tumpah yang kuat yang sementara berubah menjadi gerakan rotasi. Perilaku ini telah diamati sebelumnya dan dinamai Stability Accretion Shock Instability. Menurut rilis berita, “Istilah ini mengungkapkan fakta bahwa kebulatan awal gelombang kejut supernova pecah secara spontan, karena goncangan mengembangkan amplitudo besar, asimetri yang berdenyut oleh pertumbuhan osilasi dari gangguan benih awalnya kecil, acak. Sejauh ini, bagaimanapun, ini hanya ditemukan dalam simulasi model yang disederhanakan dan tidak lengkap. "
“Rekan saya Thierry Foglizzo di Service d 'Astrophysique des CEA-Saclay dekat Paris telah memperoleh pemahaman terperinci tentang kondisi pertumbuhan ketidakstabilan ini”, jelas Hans-Thomas Janka, kepala tim peneliti. "Dia telah membangun percobaan, di mana lompatan hidrolik dalam aliran air melingkar menunjukkan asimetri pulsasional dalam analogi yang dekat dengan bagian depan kejut dalam masalah runtuhnya inti supernova." Dikenal sebagai Shallow Water Analogue of Shock Instability, proses dinamis dapat ditunjukkan dengan cara yang kurang teknis dengan menghilangkan efek penting dari pemanasan neutrino - alasan yang menyebabkan banyak ahli astrofisika ragu bahwa bintang yang runtuh mungkin mengalami ketidakstabilan jenis ini. Namun, model komputer baru mampu menunjukkan Ketidakstabilan Syok Standing Akresi merupakan faktor penting.
"Itu tidak hanya mengatur gerakan massa di inti supernova tetapi juga memaksakan tanda tangan karakteristik pada emisi gelombang neutrino dan gravitasi, yang akan diukur untuk supernova Galactic di masa depan. Selain itu, ini dapat menyebabkan asimetri yang kuat dari ledakan bintang, di mana bintang neutron yang baru terbentuk akan menerima tendangan dan putaran besar ”, menggambarkan anggota tim Bernhard Müller konsekuensi paling signifikan dari proses dinamis seperti di inti supernova.
Apakah kita selesai dengan penelitian supernova? Apakah kita mengerti semua yang perlu diketahui tentang bintang neutron? Tidak juga. Pada saat ini, ilmuwan siap untuk melanjutkan investigasi mereka ke dalam efek terukur yang terhubung ke SASI dan memperbaiki prediksi sinyal terkait. Di masa depan mereka akan memperluas pemahaman mereka dengan melakukan simulasi lebih banyak dan lebih lama untuk mengungkap bagaimana ketidakstabilan dan pemanasan neutrino bereaksi bersama. Mungkin suatu hari mereka akan dapat menunjukkan hubungan ini menjadi pemicu yang memicu ledakan supernova dan mengandung bintang neutron.
Sumber Cerita Asli: Institut Max Planck untuk Siaran Berita Astrofisika.
