Физики из Калифорнийского технологического института смоделировали десять миллисекунд изменения магнитного поля массивной звезды при схлопывании в нейтронную. Симуляция показывает, что образующееся в результате взрыва магнитное поле способно объяснить самые яркие электромагнитные события во Вселенной — гамма-всплески. Результаты работы опубликованы в Nature.
Для моделирования ученые использовали суперкомпьютер Blue Waters Национального центра суперкомпьютерных приложений, заявленная пиковая мощность которого достигает 11,5 петафлопс.
Исследователи объясняют генерацию сильных магнитных полей в результате взрыва сверхновой так называемой магнитовращательной нестабильностью. Авторы показали, что ключевой в этом процессе является область, расположенная в 15-35 километрах от образующейся во время взрыва нейтронной звезды. В этой области различные слои вращаются с сильно различающимися скоростями, создавая высокую турбулентность, заставляющую частицы двигаться с очень высоким ускорением. В результате образуются магнитные поля индукцией более 1011 тесла.
Магнитное поле звезды такой силы создает две газовых струи, направленные вдоль оси вращения звезды. Частицы в этих струях движутся с очень высоким ускорением, порождая высокоэнергетическое гамма излучение, также известное как гамма-всплески. Первый гамма-всплеск длительностью в одну секунду был зафиксирован 1967 году спутником, запущенным для слежения за ядерными взрывами в атмосфере.
Моделирование магнитного поля при коллапсе сверхновой. Синий и красный соответствуют различным знакам магнитного поля.
Коллапс сверхновой происходит при выгорании легких элементов, содержащихся в ядре. После превращения легких элементов в железо термоядерный синтез останавливается, и давление внутри звезды уже более не может сдержать гравитационное воздействие окружающего вещества. В течение одной секунды звезда радиусом около полутора миллионов километров сжимается в нейтронную звезду радиусом 10-15 километров массой около 1,5 солнечных. В результате образуется ударная волна, движущаяся к внешним слоям звезды, в то время как находящаяся внутри нейтронная звезда ускоряет свое вращение.