科学家在一台超级计算机内点燃了“热核爆炸”

计算机模拟让我们对食人中子星的狂暴行为有了新的认识。

当一颗中子星从一颗亲密的双星伴星中吞噬出物质时，积累的物质的不稳定热核燃烧，可能会产生一次剧烈爆炸，从而将X射线辐射送到整个宇宙。

这些强大的喷发究竟是如何演变并扩散到中子星表面的，这是一个谜。但是，通过尝试用模拟来复制观察到的X射线耀斑，科学家们正在更多地了解它们的来龙去脉，以及产生它们的超密度中子星。

纽约州立大学石溪分校的计算天体物理学家迈克尔·津格尔（Michael Zingale）说：“我们可以通过模拟更详细地看到这些事件的发生。”

“我们想做的一件事就是了解中子星的特性，因为我们想了解物质在中子星的极端密度下是如何表现的。”

中子星是宇宙中密度最大的物体之一。它们是一颗大质量恒星结束生命，耗尽燃料，在超新星爆炸后留下的东西。

然而，当外层物质被喷射到太空中时，恒星的核心在重力作用下坍塌，形成一个直径约20公里（12英里）的超致密球，在这个微小的球体中包装的质量相当于2.3个太阳左右。

说得委婉点，被压得如此密集的物质应该会有点古怪。但是，科学家可以通过研究它们的热核爆发来限制它们的大小，从而帮助建立它们内部的模型。

由于一些原因（距离、危险等），我们不能完全接近中子星更近距离地观察它们，但我们可以收集有关中子星X射线爆发的所有信息，并尝试将模拟结果与观测数据相匹配。

这听起来很简单，但中子星的物理学真的很复杂；模拟它们的行为需要大量的计算能力。

在之前的工作中，研究人员使用橡树岭国家实验室的Summit超级计算机在二维上模拟热核火焰。现在，他们在这项工作的基础上，将他们的模拟扩展到第三维度。

迈克尔·津格尔解释说：“最大的目标总是将这些事件的模拟与我们所观察到的联系起来。我们的目标是了解潜在恒星的样子，探索这些模型在跨维度上的作用是至关重要的。”

3D模型中子星的温度比太阳高数百万倍，自转速度为每秒1000转，这非常接近中子星自转速度的理论上限。然后，他们模拟了热核火焰的早期演化。

虽然，在二维模拟中火焰的传播速度比三维模型稍快，但两种模型的增长趋势非常相似。这种一致意味着，2D模拟仍然是研究这些剧烈爆炸的好工具，但仍有一些事情它不能做。

例如，湍流在二维和三维中的表现不同；但能够使用2D SIM来处理它可以做的部分，将释放计算能力来做其他事情，比如提高燃烧的保真度。

有了这些信息，模拟就可以投入工作，为中子星如何发脾气提供真正的见解。

迈克尔·津格尔说：“我们接近于模拟火焰从极点到极点在整个恒星上传播的过程。这是令人兴奋的。”

这项研究发表在《天体物理学杂志》上。

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