作者:Linda Vu，NERSC 磁星驱动的超发光超新星的星云相位来自我们的3D模拟
目前，超新星喷出物已经膨胀到类似太阳系的大小
大规模混合出现在喷出物的外部和内部区域
产生的光曲线和光谱对取决于恒星结构和磁星物理性质的混合很敏感
信用:肯陈 在20世纪的大部分时间里，天文学家一直在天空中搜寻超新星——大质量恒星的爆炸死亡——及其残留物，以寻找关于其前身、导致其爆炸的机制以及在此过程中产生的重元素的线索
事实上，这些事件创造了大多数宇宙元素，这些元素继续形成新的恒星、星系和生命
因为没有人能近距离看到超新星，研究人员依靠超级计算机模拟让他们深入了解引发和驱动该事件的物理学
现在，有史以来第一次，一个国际天体物理学家小组模拟了超发光超新星的三维(3-D)物理——这种超新星比典型的超新星要亮一百倍
他们使用劳伦斯·伯克利国家实验室(伯克利实验室)的CASTRO代码和国家能源研究科学计算中心(NERSC)的超级计算机实现了这个里程碑
一篇描述他们工作的论文发表在《天体物理学杂志》上
天文学家发现，当一颗磁星——一颗磁场比地球强三倍的大质量恒星快速旋转的尸体——位于一颗年轻超新星的中心时，就会发生这些超发光事件
磁星释放的辐射放大了超新星的亮度
但是为了理解这是如何发生的，研究人员需要多维模拟
该论文的主要作者、台湾中央研究院天文与天体物理研究所(ASIAA)的天体物理学家肯·陈(Ken Chen)说:“要对磁星驱动的超亮超新星进行三维模拟，你需要大量的超级计算能力和正确的代码，一个能捕捉相关微物理的代码。”
超级发光超新星内部磁星气泡的湍流核心
颜色编码显示密度
磁星位于这张图像的中心，从它发出两个双极外流
外流的实际规模约为10，000公里
信用:肯陈 他补充说，捕捉这些三维超发光事件的流体不稳定性所需的数值模拟非常复杂，需要大量的计算能力，这就是为什么以前没有人做过
流体不稳定性发生在我们周围
例如，如果你有一杯水，在上面放一些染料，水的表面张力会变得不稳定，较重的染料会沉到底部
因为两种流体相互流动，这种不稳定性的物理学不能在一个维度上被捕捉
你需要一个垂直于高度的第二维或第三维来观察所有的不稳定性
在宇宙尺度上，导致湍流和混合的流体不稳定性在星系、恒星和超新星等宇宙物体的形成中起着至关重要的作用
“你需要以极高的分辨率捕捉从非常大到非常小的一系列尺度范围内的物理现象，以精确地模拟天体物理物体，比如超发光超新星
这对天体物理学家提出了技术挑战
陈说:“我们用一个新的数值方案和NERSC的几百万个超级计算小时解决了这个问题。”
为了这项工作，研究人员模拟了一个大约150亿公里宽的超新星遗迹，内部有一个10公里宽的致密磁星
在该系统中，模拟表明在残余物质中在两个尺度上形成流体动力不稳定性
一种不稳定性存在于磁星激发的热气泡中，另一种不稳定性发生在年轻超新星的前向激波与周围气体碰撞时
超铝超新星内部磁星泡的湍流核心
颜色编码显示密度
磁星位于这张图片的中心
强烈的湍流是由中央磁星的辐射造成的
信用:肯陈 “这两种流体不稳定性导致比典型超新星事件中通常发生的更多的混合，这对超发光超新星的光曲线和光谱有着重要的影响
这些都不是一维模型所能捕捉到的，”陈说
他们还发现，磁星可以将年轻超新星喷射出的钙和硅元素加速到每秒12000公里的速度，这也是光谱观测中它们的发射谱线变宽的原因
来自弱磁星的均匀能量可以将位于超新星遗迹深处的铁族元素加速到每秒5000到7000公里，这也解释了为什么在像SN 1987A这样的核心坍缩超新星事件的早期会观察到铁
这在天体物理学中一直是个谜
陈说:“我们是第一批在三维空间中精确模拟超高亮度超新星系统的人，因为我们很幸运能够使用NERSC的超级计算机。”
“这个设施是进行尖端科学研究的极其方便的地方
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