Модели термоядерных сверхновых
В астрофизической лаборатории ИТЭФ совместно с коллегами из ГАИШ МГУ, Института Макса Плана в Гархинге и Калифорнийского университета (Блинников, Сорокина, Репке, Висли и др.) было проведено много весьма важных в космологии расчётов кривых блеска термоядерных сверхновых (тип Ia, см. рисунок 10) Это так называемая внешняя задача для сверхновых, расчёты кривых блеска можно делать, даже если не известен в деталях сам механизм взрыва. Такие расчёты помогают установить, что конкретно требуется от механизма взрыва для объяснения наблюдений. Было установлено, что необходимо производство достаточного количества радиоактивного изотопа никеля 56Ni, который распадается путём электронного захвата в радиоактивный 56Co, а затем в самый распространённый стабильный изотоп железа 56Fe. Если бы не было радиоактивных изотопов в продуктах взрыва, то не было бы источника фотонов после взрыва компактной вырожденной звезды — белого карлика. Стало ясно, что наблюдаемую скорость разлёта можно обеспечить только при переходе медленного термоядерного горения в детонацию, однако нельзя допустить, чтобы детонация началась слишком рано: если бы сдетонировала вся звезда, то весь выброс сверхновой состоял бы из элементов железного пика, а реально наблюдаются и более лёгкие элементы (кремний, сера и т. п.). Это может иметь место, если в начале горение медленное — по звезде бежит дозвуковое пламя, а после увеличения радиуса звезды на порядок происходит переход в детонацию.
Рис. 10. Сверхновая SN1994D типа Ia и галактика NGC4526
Детальное развитие механизма перехода к детонации представляет собой центральную, до сих пор нерешённую задачу в современной теории термоядерных сверхновых (внутренняя задача для сверхновых Ia). В астрофизической лаборатории ИТЭФ были совершены важные шаги на пути решения этой проблемы.
В работе Имшенника и Хохлова была установлена структура волны детонации в термоядерных сверхновых с детальным нуклеосинтезом за фронтом. В статьях Блинникова и Хохлова было показано, как в центре углеродно-кислородного белого карлика может сформироваться спонтанный фронт горения (градиентный механизм Зельдовича), порождающий ударную волну и развитие детонации. Этот механизм до сих пор остаётся одним из самых многообещающих в теории сверхновых Ia.
В последнее время работы по горению в термоядерных сверхновых развивает сотрудник ИТЭФ С.И. Глазырин. Им развит собственный гидродинамический код FRONT3D для многомерных расчётов (cм. иллюстрацию на рисунке 11). Пламя подвержено различным гидродинамическим неустойчивостям: Рэлея-Тейлора-Ландау, Ландау-Дарье и др. В результате этого развивается турбулентность. Все указанные процессы трудно моделировать из-за значительной разницы масштабов между пламенем (его толщиной 10-4 см) и звездой (108 см), т. е. 12 порядков. Это не даёт возможности прямого учёта всех процессов, тем не менее, комбинация численных расчётов и полуаналитических моделей позволяет надеяться на скорое разрешение загадки термоядерных сверхновых.
Рис. 11. Участок фронта горения в сверхновой Ia. Хорошо видна турбулентная структура, подверженная различного рода неустойчивостям. По осям – координатная сетка в сантиметрах. Цветом показана концентрация 12С (см. colorbar).