科學(xué)家建立仿真模型以研究大質(zhì)量恒星在塑造周圍環(huán)境中發(fā)揮的作用

大質(zhì)量恒星的模擬被用于天體物理學(xué)的許多領(lǐng)域，從預(yù)測(cè)引力波事件率到研究恒星形成和星團(tuán)演變。然而它們的稀少和短暫的生命以及它們更極端的特性意味著大質(zhì)量恒星的演變充滿了許多不確定性。這些不確定性由于以下事實(shí)而變得更加復(fù)雜：從計(jì)算資源的角度來看，對(duì)恒星生命進(jìn)行準(zhǔn)確的三維建模是非常昂貴的。

因此，恒星演化是用一維(1D)代碼建模的，即僅以半徑或質(zhì)量作為空間坐標(biāo)。三維(3D)過程如旋轉(zhuǎn)和混合是用一維類似物來近似計(jì)算的，這對(duì)大多數(shù)恒星來說一般都有良好的結(jié)果。

然而在大質(zhì)量恒星的包絡(luò)層中（及在演化后期的低質(zhì)量恒星中），使用這些1D類似物會(huì)導(dǎo)致恒星演化代碼的數(shù)值挑戰(zhàn)。計(jì)算的時(shí)間步數(shù)變得非常小（天數(shù)），一維代碼難以計(jì)算恒星的進(jìn)一步演化。

當(dāng)研究人員試圖使用多維模型找到解決方案時(shí)，一維恒星演化代碼采用了不同的實(shí)用方法以推動(dòng)恒星的演化超越這些數(shù)值挑戰(zhàn)。這些方法加上大質(zhì)量恒星演化過程中的其他不確定參數(shù)，可以大大改變大質(zhì)量恒星模型的預(yù)測(cè)結(jié)果。為了了解它們的預(yù)測(cè)會(huì)有多大的不同，研究人員檢查了來自五個(gè)不同數(shù)據(jù)集的大質(zhì)量恒星模型，每個(gè)模型都是用不同的一維代碼計(jì)算的。

結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)，這些預(yù)測(cè)的某些方面對(duì)不同代碼采用的建模假設(shè)極為敏感。如在圖2中，不同的大質(zhì)量恒星模型集在對(duì)所形成的黑洞質(zhì)量的預(yù)測(cè)中顯示出約20個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的差異。

另外，研究人員還發(fā)現(xiàn)這些恒星模型的徑向演化有巨大的差異，因此它們產(chǎn)生的電離輻射也有巨大差異。這些差異則會(huì)直接影響到雙星演化和恒星環(huán)境的模擬。