Сергей Гончаров
Старожил
Алгоритм METISSE раскроет новые тайны устройства массивных звезд
Массивными считаются звезды массами свыше 10 масс Солнца, и они рождаются во Вселенной значительно реже, чем обычные светила. Однако массивные звезды вносят решающий вклад в эволюцию скоплений звезд и галактик. Массивные звезды дают начало многим высокоэнергетическим процессам во Вселенной, обогащая окружающую их межзвездную среду тяжелыми элементами в результате взрывов сверхновых и изменяя динамику своих систем.
Наилучшим способом изучения массивных звезд является подробное компьютерное моделирование звездной эволюции – коды, которые позволяют рассчитать внутреннее строение и эволюцию этих звезд. К сожалению, расчет подробных моделей требует больших затрат машинного времени – расчет эволюции всего лишь одной одиночной звезды может занять несколько часов. Поэтому использование таких программ является непрактичным при моделировании сложных систем, таких как шаровые скопления звезд, которые могут содержать миллионы взаимодействующих между собой звезд.
С целью решения этой проблемы команда ученых под руководством исследователей из научного центра ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) разработала модель звездной эволюции под названием METISSE (METhod of Interpolation for Single Star Evolution, Метод интерполяции эволюции одиночной звезды). Интерполяция представляет собой прием для оценки неизвестного значения какой-либо величины, исходя из нескольких соседних значений этой величины. Так, в случае алгоритма METISSE производится интерполяция размера звезды на основе размеров нескольких звезд, имеющих близкие массы. В результате применения интерполяции код METISSE позволяет быстро рассчитать свойства звезды в любой момент времени, используя в качестве основы выбранные модели эволюции звезд, подробно рассчитанные ранее.
Использование такого подхода приводит к тому, что при помощи алгоритма METISSE удается рассчитать эволюцию 10 000 звезд менее чем за три минуты. Применение этот подхода к массивным звездам, свойства которых с трудом поддаются расчету при помощи подробных компьютерных моделей, позволило авторам определить финальную судьбу большого количества светил этого типа. Для большинства массивных звезд, изученных в этой работе, масса звездных остатков (нейтронных звезд или черных дыр) – являющихся результатом взрыва звезды как сверхновой – варьировалась вплоть до значения в 20 масс Солнца.
Когда эти звездные остатки объединяются, происходит излучение гравитационных волн, поэтому полученные в данной работе результаты имеют большое значение для гравитационно-волновой астрономии, подчеркнули авторы.
Исследование опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society; главный автор Пуджан Агравал (Poojan Agrawal).
Массивными считаются звезды массами свыше 10 масс Солнца, и они рождаются во Вселенной значительно реже, чем обычные светила. Однако массивные звезды вносят решающий вклад в эволюцию скоплений звезд и галактик. Массивные звезды дают начало многим высокоэнергетическим процессам во Вселенной, обогащая окружающую их межзвездную среду тяжелыми элементами в результате взрывов сверхновых и изменяя динамику своих систем.
Наилучшим способом изучения массивных звезд является подробное компьютерное моделирование звездной эволюции – коды, которые позволяют рассчитать внутреннее строение и эволюцию этих звезд. К сожалению, расчет подробных моделей требует больших затрат машинного времени – расчет эволюции всего лишь одной одиночной звезды может занять несколько часов. Поэтому использование таких программ является непрактичным при моделировании сложных систем, таких как шаровые скопления звезд, которые могут содержать миллионы взаимодействующих между собой звезд.
С целью решения этой проблемы команда ученых под руководством исследователей из научного центра ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) разработала модель звездной эволюции под названием METISSE (METhod of Interpolation for Single Star Evolution, Метод интерполяции эволюции одиночной звезды). Интерполяция представляет собой прием для оценки неизвестного значения какой-либо величины, исходя из нескольких соседних значений этой величины. Так, в случае алгоритма METISSE производится интерполяция размера звезды на основе размеров нескольких звезд, имеющих близкие массы. В результате применения интерполяции код METISSE позволяет быстро рассчитать свойства звезды в любой момент времени, используя в качестве основы выбранные модели эволюции звезд, подробно рассчитанные ранее.
Использование такого подхода приводит к тому, что при помощи алгоритма METISSE удается рассчитать эволюцию 10 000 звезд менее чем за три минуты. Применение этот подхода к массивным звездам, свойства которых с трудом поддаются расчету при помощи подробных компьютерных моделей, позволило авторам определить финальную судьбу большого количества светил этого типа. Для большинства массивных звезд, изученных в этой работе, масса звездных остатков (нейтронных звезд или черных дыр) – являющихся результатом взрыва звезды как сверхновой – варьировалась вплоть до значения в 20 масс Солнца.
Когда эти звездные остатки объединяются, происходит излучение гравитационных волн, поэтому полученные в данной работе результаты имеют большое значение для гравитационно-волновой астрономии, подчеркнули авторы.
Исследование опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society; главный автор Пуджан Агравал (Poojan Agrawal).