من العملاق ل سطح المكتب الخاص بك ، نماذج من النجوم المتغيرة الزرقاء.
الكون يزخر بالأشياء التي نعتقد أننا قد نفعل افهم لكنك غير متأكد من ذلك. ما يحدث في كثير من الأحيان إلى أسفل إلى قدرتنا على حساب: للإجابة على سؤال ما إذا كان النماذج القائمة على الفيزياء التي نعرفها عن توليد السلوك نحن نرى من حولنا. ردا على هذا السؤال ، والباحثين لديهم حولت بندقية حسابهم على مشكلة طويلة الأمد: لماذا النجوم المتغيرة الزرقاء مضيئة موجودة؟
المتغيرات الزرقاء المضيئة كبيرة جدًا ، نجوم مشرقة جدًا ، لكن درجة الحرارة (اللون) تختلف قليلا جدا. كان العلماء متأكد من أن التباين نزل ، بطريقة أو بأخرى ، إلى مزيج من الضغط الإشعاعي ، موجات الصدمة ، والحمل الحراري. لكن حتى الآن ، لا أحد يستطيع تأكيد ذلك.
النجوم العاطفية تفقد توازنها
على وجه الخصوص ، المتغيرات الزرقاء المضيئة تذهب من السطوع و درجات الحرارة التي هي في حالة توازن إلى السطوع التي هي بعيدا عن التوازن.
ماذا نعني بذلك؟ في قلب أي نجم ، النووية ردود الفعل تولد الضوء. ضوء ممارسة الضغط على هذه المسألة في النجم الذي يمنع المزيد من الانهيار الجاذبية. في التوازن ، وضغط الإشعاع أرصدة الجاذبية الانهيار ، وكل شيء يجب أن يكون لطيفا وثابتا (كما هو مع شمسنا). درجة حرارة وسطوع النجم تعكس هذا التوازن.
بالنسبة للنجوم الأكثر سخونة ، مثل النهاية الزرقاء للضوء المتغيرات الزرقاء ، يتجاوز ضغط الإشعاع الجاذبية انهدام. خلال هذه اللحظات ، يتم تفجير المادة عن النجم الكثير من بذور الهندباء.
الشيء الغريب في النجوم المتغيرة الزرقاء المضيئة هو ذلك ينتقلون بشكل غير منتظم بين التوازن وغير التوازن تنص على. كيف ولماذا يحدث هذا هو السؤال الذي طال أمده.
عندما تكون في شك ، رمز
المسألة ليست قضية فيزياء ولكن حل معادلات صعبة. على سبيل المثال ، إذا كنت ترغب في فهم نجم من الرياضيات وجهة نظر ، بضعة أسطر من المعادلات حل المشكلة. لكن تحويل هذه المعادلات إلى نماذج تنبؤية أمر صعب.
النهج المشترك هو تبسيط: النجوم كروية ، لذلك ربما نحن بحاجة فقط لرعاية عمقهم. عن طريق الحد من معادلات من 3D إلى 1D – خط من جوهر النجم إلى السطح – تصبح الرياضيات أكثر بساطة ، ويمكننا توليد توقعات. لسوء الحظ ، أشياء مثل الاضطراب (الحمل) تتطلب كاملة نموذج 3D. ولحساب النتائج باستخدام نموذج ثلاثي الأبعاد للنجمة ، أنت بحاجة الى بعض القوة الحسابية الخطيرة.
كم تسأل؟ حاول 60 مليون ساعة وحدة المعالجة المركزية على 8.59 بيتلافل العملاق. كان ذلك كافيًا لإنشاء ثلاث مجموعات بيانات لثلاث مجموعات تركيبات سطوع ودرجات حرارة مختلفة. كانت القيم تم اختياره للسماح بنجمتين ليكونا في حالة توازن والآخر في حالة عدم وجود حالة توازن. تم تتبع تطورها لمدة تتراوح بين 15 و 35 يومًا (على الأقل هذا هو مقدار البيانات التي تم عرضها في الورقة).
فخ الهيليوم
Left,density variation of the star. Right, temperature variation of theنجم يان فاي جيانغ
اتضح أن الحمل الحراري والموجات الصدمية تلعب دورا هاما وظيفة. عندما يكون النجم أكثر برودة ، تكون كثافة الهيليوم والحديد متوسط. هذه المواد فخ الإشعاع في النجم ، تسخينه و مما تسبب في توسيع المغلف الخارجي للنجم. كما المغلف يوسع ، وسرعة تباطؤ الصوت. موجات الكثافة التي هي يقود التوسع فجأة يجدون أنفسهم أسرع من الصوت ، الذي يولد موجة صدمة. موجة الصدمة تنطفئ المواد في معدل مرتفع نسبيا (الذروة حوالي خمسة في المئة من الكتلة الشمس في السنة).
التوسع ، جنبا إلى جنب مع فقدان المواد ، يقلل من الكثافة البصرية للنجم. يبدأ الضوء في الهروب من أعلى معدل ، وضغط الإشعاع يقلل مرة أخرى ، والسماح للنجم للانهيار مرة أخرى إلى حالة أكثر برودة. وهذا ما يحدث ، و بدأت عملية التدفئة بالفعل مرة أخرى. المسافات الشاسعة تعني أن موجات الكثافة التي تقود هذه التغييرات تستغرق حوالي 10 سنوات للوصول إلى السطح.
تقلبات قوية في درجة الحرارة ويبدو أن تتطلب الهليوم تمتص الكثير من الضوء. الحديد يساعد ، ولكن بدون الهيليوم ، النجم سيكون أكثر استقرارا بكثير. نموذج 3D كما أبرزت أهمية الجداول الزمنية. الاختلافات الرئيسية التي لدينا بالفعل لاحظ (والتي تنبأ بها النموذج) ويبدو أن حول ما كنا نتوقعه ، بالنظر إلى الوقت الذي يستغرقه لشفافية الهيليوم والحديد تختلف.
ومع ذلك ، فإن المغلف له جدول زمني خاص به. موجات الحمل الحراري وتستغرق موجات الكثافة حوالي أسبوع للسفر من الجزء الداخلي المغلف إلى الجزء الخارجي من المغلف. الباحثون’ نموذج يتوقع أن هذه الموجات ، والتي تعتمد بشكل رئيسي على التعتيم من الحديد ، سوف يؤدي إلى تقلبات في درجة الحرارة على ترتيب أ الأسبوع كذلك.
هناك بعض الملاحظات التي يبدو أنها تؤكد ذلك. ومع ذلك، يبدو أن هناك حاجة لبعض الوقت التلسكوب لمراقبة هذه التغييرات على المدى القصير بشكل صحيح ونرى كيف تتناسب مع نموذج.
يذهب فقط لإظهار ما سوف تسمح به بعض قوة الحوسبة الخطيرة أنت تحقق.
Nature ، 2018 ، DOI: 10.1038 / s41586-018-0525-0 (حول دويس)
قائمة الصورة عن طريق يان فاي جيانغ
