計算一顆恆星演化就要幾個小時?現在實現3分鐘就能模擬出1萬顆

2020-09-09 博科園

那些質量大於太陽質量約10倍的大質量恆星,它們的誕生頻率遠遠低於低質量恆星。然而,它們對星團和星系的演化貢獻最大。大質量恆星是宇宙中許多生動而充滿能量現象的先驅,包括在超新星爆炸中豐富它們周圍的環境,改變其系統動力學。研究大質量恆星最好工具是詳細的恆星演化代碼:計算這些恆星內部結構和演化的電腦程式。

不幸的是,詳細的代碼在計算上既昂貴又耗時,僅計算一顆恆星的演化可能需要幾個小時。出於這個原因,用這些代碼來模擬複雜系統中的恆星不切實際,比如球狀星團,它可能包含數百萬顆相互作用的恆星。為了解決這個問題,由ARC引力波發現卓越中心(OzGrav)領導的一個科學家團隊,開發了一種名為單星演化內插法(METISSE)的恆星演化代碼,其研究成果發表在《皇家天文學會月刊》上。

插值是一種基於近似值估計數量的方法,例如基於具有相似質量恆星的大小,來估計恆星的大小。通過插值,Metisse通過使用經過詳細恆星演化代碼計算的選定恆星模型,快速計算出恆星在任何時刻的性質。以閃電般的速度,研究人員可以在不到3分鐘的時間內,模擬演化出1萬顆恆星。最重要的是,它可以使用一組恆星模型來預測恆星的性質,這對大質量恆星來說極其重要。

大質量恆星很罕見,它們複雜而短暫的壽命,使得計算它們的性質變得困難。因此,在計算這些恆星的演化時,詳細的恆星演化代碼通常必須做出假設。不同恆星演化代碼使用的假設不同,會對對大質量恆星生命和性質的預測產生重大影響。在最新發表的研究中,OzGrav研究人員使用了Metisse和兩套最先進的恆星模型:一套是由恆星天體物理實驗模塊(MESA)計算,另一套是由波恩進化代碼(BEC)計算。

OzGrav研究員、該研究的主要作者Poojan Agrawal解釋說:我們插入了質量在太陽9到100倍之間的恆星,並比較了對這些恆星最終命運的預測。對於集合中的大多數大質量恆星,發現恆星殘骸(中子星或黑洞)的質量,可以變化高達太陽質量的20倍。當恆星殘骸合併時,它們會產生引力波(時空的漣漪)科學家可以探測到。因此,這項研究的結果,將對引力波天文學未來的預測產生巨大影響。

其研究只是發現大質量恆星在星團等恆星系統中扮演的角色的第一步,而且已經取得了非常令人興奮的結果。

博科園|研究/來自:ARC引力波發現卓越中心

參考期刊《皇家天文學會月刊》

DOI: 10.1093/mnras/staa2264

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