science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Modellering van temperatuurvariatie op verre sterren

De koelere (blauwe) en warmere streken (geel) op een magnetar. De brongegevens zijn afkomstig van magnetars: 4U 0142+61, 1E 1547,0-5408, XTE J1810-197, SGR 1900 + 14. Krediet:Universiteit van Leeds

Nieuw onderzoek helpt bij het verklaren van een van de grote vragen die astrofysici de afgelopen 30 jaar hebben verbijsterd:wat veroorzaakt de veranderende helderheid van verre sterren die magnetars worden genoemd.

Magnetars werden gevormd door stellaire explosies of supernova's en ze hebben extreem sterke magnetische velden, geschat op ongeveer 100 miljoen, miljoen keer groter dan het magnetische veld op aarde.

Het magnetische veld op elke magnetar genereert intense hitte en röntgenstralen. Het is zo sterk dat het de fysieke eigenschappen van materie aantast, met name de manier waarop warmte door de korst van de ster en over het oppervlak wordt geleid, het creëren van de variaties in helderheid die astrofysici en astronomen voor een raadsel hebben gesteld.

Een team van wetenschappers - onder leiding van Dr. Andrei Igoshev van de Universiteit van Leeds - heeft een wiskundig model ontwikkeld dat de manier simuleert waarop het magnetische veld het conventionele begrip van gelijkmatig verdeelde warmte verstoort, wat resulteert in warmere en koelere gebieden waar mogelijk een temperatuurverschil van een miljoen graden Celsius.

Die hetere en koelere regio's zenden röntgenstralen uit met verschillende intensiteit - en het is die variatie in röntgenintensiteit die door ruimtetelescopen wordt waargenomen als veranderende helderheid.

De bevindingen - "Sterke toroidale magnetische velden vereist door rustige röntgenstraling van magnetars" - zijn vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Natuurastronomie . Het onderzoek werd gefinancierd door de Science and Technology Facilities Council (STFC).

Dr. Igoshev, van de School of Mathematics in Leeds, zei:"We zien dit constante patroon van warme en koude gebieden. Ons model - gebaseerd op de fysica van magnetische velden en de fysica van warmte - voorspelt de grootte, locatie en temperatuur van deze regio's - en daarbij helpt bij het verklaren van de gegevens die gedurende meerdere decennia door satelliettelescopen zijn vastgelegd en waardoor astronomen hun hoofd krabden over waarom de helderheid van magnetars leek te variëren. Ons onderzoek omvatte het formuleren van wiskundige vergelijkingen die beschrijven hoe de fysica van magnetische velden en warmteverdeling zich zou gedragen onder de extreme omstandigheden die op deze sterren bestaan. Het formuleren van die vergelijkingen kostte tijd, maar was eenvoudig. De grote uitdaging was het schrijven van de computercode om de vergelijkingen op te lossen - dat duurde meer dan drie jaar."

Nadat de code was geschreven, er was toen een supercomputer voor nodig om de vergelijkingen op te lossen, waardoor de wetenschappers hun voorspellende model kunnen ontwikkelen.

Het team gebruikte de door de STFC gefinancierde DiRAC-supercomputerfaciliteiten van de Universiteit van Leicester.

Dr. Igoshev zei dat zodra het model was ontwikkeld, de voorspellingen werden getoetst aan de gegevens die zijn verzameld door ruimteobservatoria. Het model was in tien van de 19 gevallen correct.

De magnetars die in het kader van het onderzoek zijn bestudeerd, bevinden zich in de Melkweg en bevinden zich doorgaans op 15.000 lichtjaar afstand.