Warum sind Sterne ungezogen? 3D-Simulationen decken den Ursprung mysteriöser Geysire auf

Warum sind Sterne ungezogen? 3D-Simulationen decken den Ursprung mysteriöser Geysire auf

Schnappschuss von der Modellierung eines gepeitschten Gases, das einen Stern 80-mal so massereich wie die Sonne verbirgt. Das intensive Licht des Sternenkerns drückt die mit Helium gefüllten Außenräume, wodurch Material in Form von Geysiren ausgeschleudert wird. Volltonfarben kennzeichnen Bereiche mit größerer Intensität. Durchscheinendes Purpur - die Dichte des Gases und heller markierte dichte Bereiche

Astrophysiker haben endlich eine Erklärung für die plötzlichen Stimmungs- und Stimmungsschwankungen in einigen der größten, hellsten und seltensten Sterne des Universums gefunden. Es ist bekannt, dass hellblaue Variablen periodisch in blendenden Blitzen aufblitzen, die als Sterngeysire bezeichnet werden. Diese gewaltigen Eruptionen setzen innerhalb weniger Tage wertvolle Materialien (oftmals von planetarischer Zusammensetzung) in den Weltraum frei. Der Grund für diese jahrzehntelange Instabilität blieb jedoch ein Rätsel.

Neue 3D-Simulationen zeigen nun, dass turbulente Bewegungen in den äußeren Schichten eines massereichen Sterns dichte Klumpen aus Sternmaterial bilden. Sie fangen helles Sternenlicht ein (wie ein Segel) und spucken Material in den Weltraum. Nach dem Auswerfen einer ausreichenden Masse beruhigt sich der Stern, bis sich seine äußeren Schichten wieder gebildet haben, und der Zyklus startet nicht neu. Für die Forscher ist es wichtig, den Grund für das Auftreten von Sterngeysiren zu verstehen, da jeder extrem massive Stern wahrscheinlich einen Teil seines Lebens als hellblaue Variable verbringt. Diese massereichen Sterne bestimmen trotz ihrer geringen Anzahl weitgehend die galaktische Entwicklung durch Sternwinde und Supernova-Explosionen. Außerdem hinterlassen sie nach dem Tod schwarze Löcher. Hellblaue Variablen (LBV) sind seltene Objekte, so dass nur etwa ein Dutzend solcher Flecken in und um die Milchstraße beobachtet werden. Großsterne sind in der Lage, die Sonnenmasse um das 100-fache zu überschreiten und sich der theoretischen Grenze zu nähern. LBV ist auch unglaublich hell, wo einige unserem Stern 1 Million Mal voraus sind!

Wissenschaftler glauben, dass der Gegensatz von extremem Gravitationsmaterial und extremer Leuchtkraft zu diesen großflächigen Explosionen führt. Die Absorption eines Photons durch ein Atom erfordert jedoch, dass die Elektronen durch Umlaufbahnen um den Atomkern verbunden sind. In den tiefsten und heißesten Sternschichten verhält sich die Materie wie ein Plasma mit Elektronen, die nicht an Atome gebunden sind. In kühleren Außenschichten kehren Elektronen zu ihren ursprünglichen Atomen zurück und können daher wieder Photonen absorbieren.

Frühe Erklärungen von Fackeln sagten voraus, dass Elemente wie Helium in den äußeren Schichten genügend Photonen absorbieren können, um die Schwerkraft zu überwinden und als Blitz in den Weltraum auszubrechen. Einfache eindimensionale Berechnungen konnten diese Hypothese jedoch nicht bestätigen: Die äußeren Schichten sahen nicht dicht genug aus, um die Schwerkraft von Licht und Überladung einzufangen. Diese einfachen Berechnungen spiegelten jedoch nicht das vollständige Bild der komplexen Dynamik eines massereichen Sterns wider. Die Wissenschaftler entschieden sich für einen realistischeren Ansatz und erstellten eine detaillierte 3D-Computersimulation, wie Materie, Wärme und Lichtstrom in riesigen Sternen in Kontakt kommen. Bei den Berechnungen dauerte der Rechenprozessor mehr als 60 Millionen Stunden.

In Simulationen war die durchschnittliche Dichte der äußeren Schichten zu niedrig, als dass das Material fliegen könnte, wie dies durch eindimensionale Berechnungen vorhergesagt wurde. Aber die neuen zeigten, dass Konvektion und Vermischung in den äußeren Schichten dazu führten, dass einige Bereiche dichter wurden als andere und ausstießen. Solche Eruptionen treten in Zeitintervallen (Tagen oder Wochen) auf, in denen ein Stern „verdickt“ und seine Helligkeit schwankt. Es wird angenommen, dass solche Sterne jedes Jahr 10 Milliarden Billionen Tonnen Material verlieren können, was der doppelten Masse der Erde entspricht.

Die Forscher planen, die Genauigkeit von Simulationen zu verbessern, indem sie andere Effekte wie die Sternrotation hinzufügen. Dies erleichtert das Auswerfen von Material in den Raum in der Nähe des sich schnell drehenden Äquators anstelle von festen Polen.

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