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世界初となる超新星の3Dシミュレーション画像は500万時間かけて作成された

宇宙最大の恒星は、燃料が尽きると超新星爆発を起こし、内側に崩壊して中性子星やブラックホールを残すか、あるいは完全に蒸発してしまう。その爆発の内部で何が起きているのかを理解するのは難しい。特に、恒星爆発の中でも最も稀で最も明るいタイプの、いわゆるエキゾチック超新星についてがそうだ。

このような希少な超新星のダイナミクスをよりよく理解するために、天文学者は強力なスーパーコンピューターを使ってシミュレーションを行っている。何年にもわたる実際の研究と、何百万時間にも及ぶスーパーコンピューターの計算時間を経て、研究者たちはエキゾチック超新星の史上初の高解像度3D流体力学シミュレーションを完成させた。

台湾にある中央研究院天文天体物理学研究所(ASIAA)のKe-Jung Chen氏が国際チームを率い、ローレンス・バークレー国立研究所と国立天文台のスーパーコンピューターを使用した。研究成果は『The Astrophysical Journal』誌に掲載された。

超新星爆発は、大質量星の寿命の終わりを告げる明るく強力な爆発であり、天文学者はこれらの爆発について比較的包括的な理解を持っている。例えば、超新星の大部分について、その固有の明るさは常によく知られており、科学者たちは超新星爆発の間に何が起こるかについてコンピューターモデルを作成することができた。

そのうちのひとつは通常の超新星の数十倍から数百倍も光り輝き、もうひとつは非常に長い時間続くものである。エキゾチック超新星と呼ばれるこれらの珍しい現象は、これまで確立されていた超新星物理学の理解を覆すものである。

超光度超新星は、通常の超新星よりも約100倍明るく、その明るさは通常数週間から数ヶ月しか維持されない。常光型超新星は、数年あるいはそれ以上明るさを保つことができる。他のエキゾチックな超新星は、不規則で断続的な明るさの変化を示す。

エキゾチック超新星の容疑者は、太陽の80倍から140倍の質量を持つ恒星である。科学者たちは、これらの珍しい超新星についてもっと知ることが、宇宙で最も質量の大きな星の進化を理解する鍵になるかもしれないと語っている。

しかし、このような大爆発の際に何が起こるかをモデル化することは非常に困難であり、この新しい論文の中で、Ke-Jung Chen氏らの研究チームは、現在のモデルは主に一次元シミュレーションに限られていると述べている。

研究チームは、最先端のスーパーコンピューター・シミュレーションと数百万時間の計算時間を用いて、エキゾチック超新星爆発の内部における乱流構造が、超新星全体の明るさと爆発構造にどのような影響を与えるかをモデル化することができた。

「乱流は、超新星爆発の過程で重要な役割を果たしており、不規則な流体運動の結果、複雑なダイナミクスを引き起こす。これらの乱流構造は物質を混合し、歪め、エネルギーの放出と伝達に影響を与え、それによって超新星の明るさと外観に影響を与える」と、研究者らは書いている。

worlds first 3d simula 1
エキゾチック超新星の最終的な物理分布。4つの異なる色の象限が異なる物理量を表す:I.温度、II.速度、III.放射エネルギー密度、IV.ガス密度。白い破線の円は超新星の光球の位置を示している。この画像から、星全体が内側から乱流になっていることがわかる。放出された物質が衝突する位置が光球と密接に一致していることから、この衝突の際に熱放射が発生し、それが効率よく外側に伝播すると同時に、不均一なガス層が形成されていることがわかる。この画像は、エキゾチック超新星の根底にある物理を理解し、観測された現象を説明するのに役立つ。(Credit: Ke-Jung Chen/ASIAA)

研究チームは、エキゾチック超新星をさらに理解するためにはさらなる研究が必要であり、特に次世代超新星サーベイ・プロジェクトは、これらの事象をより多く検出する可能性が非常に高い、と述べている。チリにあるヴェラ・ルービン望遠鏡は、10年間にわたる幅広い距離の調査で、300万から400万個の超新星を発見すると予測されている。さらに、ナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡やユークリッドのような広視野の近赤外線ミッションは、これらの事象をより多く明らかにするだろう。コンピュータ・シミュレーションやモデリングによって超新星についてより詳しく知ることは、超大質量星の死についての理解を深めるのに役立つだろう。


Source


この記事は、NANCY ATKINSON氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス(表示4.0 国際)に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。

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