科学家建立仿真模型以研究大质量恒星在塑造周围环境中发挥的作用

2022年05月22日 08:22 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

一个星系中只有不到百分之一的恒星的质量超过十个太阳质量。尽管它们非常罕见,但大质量恒星被认为在塑造其周围环境方面发挥了关键作用并最终决定了它们所在的星团或星系的演变。

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大质量恒星的模拟被用于天体物理学的许多领域,从预测引力波事件率到研究恒星形成和星团演变。然而它们的稀少和短暂的生命以及它们更极端的特性意味着大质量恒星的演变充满了许多不确定性。这些不确定性由于以下事实而变得更加复杂:从计算资源的角度来看,对恒星生命进行准确的三维建模是非常昂贵的。

因此,恒星演化是用一维(1D)代码建模的,即仅以半径或质量作为空间坐标。三维(3D)过程如旋转和混合是用一维类似物来近似计算的,这对大多数恒星来说一般都有良好的结果。

然而在大质量恒星的包络层中(及在演化后期的低质量恒星中),使用这些1D类似物会导致恒星演化代码的数值挑战。计算的时间步数变得非常小(天数),一维代码难以计算恒星的进一步演化。

当研究人员试图使用多维模型找到解决方案时,一维恒星演化代码采用了不同的实用方法以推动恒星的演化超越这些数值挑战。这些方法加上大质量恒星演化过程中的其他不确定参数,可以大大改变大质量恒星模型的预测结果。为了了解它们的预测会有多大的不同,研究人员检查了来自五个不同数据集的大质量恒星模型,每个模型都是用不同的一维代码计算的。

结果他们发现,这些预测的某些方面对不同代码采用的建模假设极为敏感。如在图2中,不同的大质量恒星模型集在对所形成的黑洞质量的预测中显示出约20个太阳质量的差异。

另外,研究人员还发现这些恒星模型的径向演化有巨大的差异,因此它们产生的电离辐射也有巨大差异。这些差异则会直接影响到双星演化和恒星环境的模拟。

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