計(jì)算一顆恒星演化就要幾個小時？現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)3分鐘就能模擬出1萬顆

那些質(zhì)量大于太陽質(zhì)量約10倍的大質(zhì)量恒星，它們的誕生頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于低質(zhì)量恒星。然而，它們對星團(tuán)和星系的演化貢獻(xiàn)最大。大質(zhì)量恒星是宇宙中許多生動而充滿能量現(xiàn)象的先驅(qū)，包括在超新星爆炸中豐富它們周圍的環(huán)境，改變其系統(tǒng)動力學(xué)。研究大質(zhì)量恒星最好工具是詳細(xì)的恒星演化代碼：計(jì)算這些恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)和演化的計(jì)算機(jī)程序。

不幸的是，詳細(xì)的代碼在計(jì)算上既昂貴又耗時，僅計(jì)算一顆恒星的演化可能需要幾個小時。出于這個原因，用這些代碼來模擬復(fù)雜系統(tǒng)中的恒星不切實(shí)際，比如球狀星團(tuán)，它可能包含數(shù)百萬顆相互作用的恒星。為了解決這個問題，由ARC引力波發(fā)現(xiàn)卓越中心(OzGrav)領(lǐng)導(dǎo)的一個科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，開發(fā)了一種名為單星演化內(nèi)插法(METISSE)的恒星演化代碼，其研究成果發(fā)表在《皇家天文學(xué)會月刊》上。

插值是一種基于近似值估計(jì)數(shù)量的方法，例如基于具有相似質(zhì)量恒星的大小，來估計(jì)恒星的大小。通過插值，Metisse通過使用經(jīng)過詳細(xì)恒星演化代碼計(jì)算的選定恒星模型，快速計(jì)算出恒星在任何時刻的性質(zhì)。以閃電般的速度，研究人員可以在不到3分鐘的時間內(nèi)，模擬演化出1萬顆恒星。最重要的是，它可以使用一組恒星模型來預(yù)測恒星的性質(zhì)，這對大質(zhì)量恒星來說極其重要。

大質(zhì)量恒星很罕見，它們復(fù)雜而短暫的壽命，使得計(jì)算它們的性質(zhì)變得困難。因此，在計(jì)算這些恒星的演化時，詳細(xì)的恒星演化代碼通常必須做出假設(shè)。不同恒星演化代碼使用的假設(shè)不同，會對對大質(zhì)量恒星生命和性質(zhì)的預(yù)測產(chǎn)生重大影響。在最新發(fā)表的研究中，OzGrav研究人員使用了Metisse和兩套最先進(jìn)的恒星模型：一套是由恒星天體物理實(shí)驗(yàn)?zāi)K(MESA)計(jì)算，另一套是由波恩進(jìn)化代碼(BEC)計(jì)算。

OzGrav研究員、該研究的主要作者Poojan Agrawal解釋說：我們插入了質(zhì)量在太陽9到100倍之間的恒星，并比較了對這些恒星最終命運(yùn)的預(yù)測。對于集合中的大多數(shù)大質(zhì)量恒星，發(fā)現(xiàn)恒星殘?。ㄖ凶有腔蚝诙矗┑馁|(zhì)量，可以變化高達(dá)太陽質(zhì)量的20倍。當(dāng)恒星殘骸合并時，它們會產(chǎn)生引力波（時空的漣漪）科學(xué)家可以探測到。因此，這項(xiàng)研究的結(jié)果，將對引力波天文學(xué)未來的預(yù)測產(chǎn)生巨大影響。

其研究只是發(fā)現(xiàn)大質(zhì)量恒星在星團(tuán)等恒星系統(tǒng)中扮演的角色的第一步，而且已經(jīng)取得了非常令人興奮的結(jié)果。

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博科園｜研究/來自：ARC引力波發(fā)現(xiàn)卓越中心

參考期刊《皇家天文學(xué)會月刊》

DOI: 10.1093/mnras/staa2264

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