 |
Rejtélyes Csillagrobbanások Numerikus Modellezése
|
súgó 
nyomtatás 
|
Ezen az oldalon az NKFI Elektronikus Pályázatkezelő Rendszerében nyilvánosságra hozott projektjeit tekintheti meg.
vissza »
|
| |
Projekt adatai |
|
|
| azonosító |
134434 |
| típus |
PD |
| Vezető kutató |
Nagy Andrea |
| magyar cím |
Rejtélyes Csillagrobbanások Numerikus Modellezése |
| Angol cím |
Numerical Simulation of Weird Stellar Explosions |
| magyar kulcsszavak |
Szupernova-robbanások, Hidrodinamika |
| angol kulcsszavak |
Supernovae, Hydrodynamics |
| megadott besorolás |
| Asztrofizika (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma) | 100 % |
|
| zsűri |
Fizika 1 |
| Kutatóhely |
Kísérleti Fizikai Tanszék (Szegedi Tudományegyetem) |
| projekt kezdete |
2020-12-01 |
| projekt vége |
2023-11-30 |
| aktuális összeg (MFt) |
23.607 |
| FTE (kutatóév egyenérték) |
2.40 |
| állapot |
lezárult projekt |
magyar összefoglaló A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Az SZTE Asztrofizikai Kutatócsoportjának tagjaként célom a napjainkban kiemelt érdeklődésre számot tartó szupernóva-robbanások tanulmányozása és mélyebb asztrofizikájának megértése.
Kutatómunkám fő célkitűzése az úgynevezett lecsupaszított burokkal rendelkező (IIb, Ib, Ic típusú) szupernóvák tulajdonságainak részletes vizsgálata, különös tekintettel a szakirodalomban jól ismert tömeg-diszkrepancia okainak feltárására. A kutatás alapját publikusan elérhető adatbázisok, valamint nemzetközi együttműködések révén megszerzett fénygörbe adatok képezik. A tervezett analízis magában foglalja a rendelkezésre álló fénygörbék analitikus modellezését, valamint az egyes objektumok fizikai tulajdonságainak meghatározását mind a fényességváltozás korai-, mind késői szakaszából. Ezen eredmények fényében további célom az analitikus modellek fejlesztése annak érdekében, hogy a tömeg-diszkrepancia modellközelítésekből adódó okait minimalizáljam.
Az analitikus modellek fejlesztése mellett numerikus hidrodinamikai szimulációk létrehozása is a terveim között szerepel, melynek segítésével célom a robbanás előtt elvesztett jelentős tömeg szerkezetének, és fénygörbére gyakorolt hatásának vizsgálata. Ennek a cikrumszelláris anyagnak (CSM) az asszimmetriája ugyanis szintén oka lehet a lecsupaszított burokkal rendelkező szupernóva-robbanások analitikus modellezése során adódó tömegkülönbségeknek.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Jelenlegi ismereteink szerint a szupernóvák két különböző robbanási-mechanizmus révén keletkezhetnek. Az egyik ilyen folyamat a 8 naptömegnél nehezebb csillagok vasmagjának gravitációs összeomlása. Ezen objektumok számos alcsoportot különíthetünk el. Azt nagyjából világosan látjuk, hogy az ezek az altípusok és a robbanások tulajdonságai elsősorban attól függnek, mekkora része dobódott le a szülőcsillagnak a robbanás előtti anyagvesztési folyamatok során. A tömegvesztés során keletkező csillagkörüli anyag vizsgálata kiemelten fontos a lecsupaszított burokkal rendelkező szupernóvák esetén, amelyek akár teljes hidrogén és hélium burkukat is képesek elveszíteni fejlődésük során. Ezen objektumok másik érdekessége, hogy az elmúlt 25 év elméleti vizsgálatai azt mutatják, hogy az ilyen típusú szupernóvák korai- és késői fénygörbéjének modellezése eltérő tömegeket jósol a robbanás során ledobott anyagra. Ezt a jelenséget a szakirodalomban tömeg-diszkrepancia névvel illetik, amelynek megoldására két tudományosan releváns elképzelés jöhet szóba. Egyrészt lehetséges, hogy a megfigyelt eltérések a fél-analitikus modellek korlátaiból adódnak. Másrészt az sem kizárható, hogy a tömeg-diszkrepancia mögött valós fizikai okok állnak, amelyek összefüggenek a csillag fejlődés során ledobódott anyag és a robbanás pillanatában a csillagok körülvevő anyag sűrűségével, tömegével és eloszlásával.
Összefoglalva, a lecsupaszított burokkal rendelkező szupernóvák fénygörbéjének modellezését illetően sok még a nyitott kérdés, különösen a maradványt körülvevő CSM tekintetében.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A tervezett kutatások célja, hogy hozzájárulhassak a szupernóva-kutatás, különös tekintetten a lecsupaszított burokkal rendelkező szupernóvák néhány fontos, nyitott kérdésének megválaszolására tett, kollektív tudományos erőfeszítésekhez. Ebben a témában a legfontosabb eredmény a tömeg-diszkrepancia jellegének pontosabb megismerése lehet, amely jelentősen hozzájárulhat ezen objektumok szülőcsillagainak jobb megértéséhez, és a robbanás lefolyásának helyes értelmezéséhez. Emellett további előrelépést jelenthet a szakmai közösség által gyakran használt analitikus modellek hibafaktorainak szisztematikus feltárása, valamint ezen modellek fejlesztése is. Ezen kívül érdekes új eredményekhez vezethet a csillagkörüli anyag szerkezetének hidrodinamikai vizsgálata is, ami szintén közelebb vihet minket a tömeg-diszkrepancia probléma megoldásához.
Mindezek mellett ezen kutatás általános jelentősége abban áll, hogy a szupernóva-robbanások jobb megértése hozzásegíthet minket a csillagok és a Világegyetem fejlődésével kapcsolatos rejtélyek megoldásához. Ráadásul a téma aktualitásának és komoly nemzetközi elismertségének hála arra is alkalmas, hogy felkeltse a csillagászat iránti érdeklődést az erre fogékony diákok körében.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A csillagok haláltusája közben létrejövő szupernóva-robbanások a Világegyetem legnagyobb energiájú folyamatai közé tartoznak, így nem csoda, hogy vizsgálatuk a modern asztrofizikai egyik kiemelten fontos területét képezi. Ezt mi sem szemlélteti jobban mint, hogy az Univerzum gyorsuló tágulásáért járó 2011-es fizikai Nobel-díj is szupernóvákhoz kötődik. A kozmológia távolságlétre felállítása mellett a szupernóva-robbanások környezetének tanulmányozása földi körülmények között nem vizsgálható, extrém fizikai folyamatok (pl. lökéshullámok, erős mágneses térben mozgó részecskék, stb.) jobb megértését is lehetővé teszi.
Mindezek ellenére a szupernóva-robbanásokkal kapcsolatban még mindig számos alapvető kérdés vár megválaszolásra. Az egyik ilyen alapvető kérdés, hogy mi okozza a lecsupaszított burokkal rendelkező szupernóvák (amelyek szülőcsillaga jelentős tömegvesztésen esett át) tömegmeghatározásának nehézségeit. Ennek megválaszolásához elengedhetetlen a rendelkezésre álló elméleti modellek fejlesztése, valamint szupernóva-robbanások környezetének komplex számítógépes szimulációja is. Éppen ezért a megfigyelési eredmények szisztematikus számítógépes elemzésével és a modellek hibáinak feltárásával az a célom, hogy hozzájáruljak
ezen rejtélyes csillagászati objektumok tömegmeghatározási problémájának mélyebb megértéséhez.
| angol összefoglaló Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
As a member of the astrophysical research group at the University of Szeged, I plan to study and deepen the understanding of supernova explosions, which is one of the hot topics of modern astronomy.
My main goal is to detailly study the most important physical properties of the so-called stripped-envelop (Type IIb, Ib and Ic) supernovae, and try to reveal their mass-discrepancy problem that is a well-known issue in the literature.
This research is based on various optical and IR light curves available on the online databases and observed by our international collaborators. The proposed analysis includes semi-analytic light curve modeling of supernovae, as well as the determination of the physical properties from both their early- and late-time light variations. Taking into account the results gained from this systematic study, I plan to improve the analytic models to minimize the effect of their boundary conditions on the mass-discrepancy problem.
Besides, I also aim to create hydrodynamic simulations that can help to explore the influence of the significant pre-explosion mass-loss on supernova light curves. Namely, if the circumstellar matter caused by pre-supernova evolution has an asymmetric geometric structure, its interaction with the generated shock wave could play an important role in the mass estimations.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
According to our understanding, two fundamentally different explosion mechanisms can create supernovae. One of these processes is the gravitational collapse of the iron core of the massive star, that is why we call these objects core-collapse supernovae (CCSNe). We can distinguish different subtypes of CCSNe according to their mass-loss history during stellar evolution. Studying the circumstellar matter caused by this process can be especially important for the so-called stripped-envelop supernovae (SESNe), which may lose most of their outer hydrogen and helium layers. In the past 25 years, several theoretical works concluded that there is a discrepancy in the derived ejecta masses from early- and late-time light curve modeling. To solve this mass-discrepancy problem we should take into account two different scenarios. First, it is plausible that this issue occurs due to the limitations of the applied semi-analytic models. On the other hand, this mass-discrepancy may have a real physical reason, such as low-mass, low-density ejecta or CSM around the exploding star.
As a summary, there are a lot of open questions about the light curve modeling of stripped-envelop supernovae, especially about the true nature of circumstellar matter around the progenitor star.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The proposed goal of my research is to contribute to solving some of the open questions of SN researches, especially the ones related to SESNe and I also would like to take part in the collective effort in revealing some of the key problems of this field. Speaking of SESNe, the most important outcome of this study could be the understanding of the mass-discrepancy problem, which can help to give a better explanation for the supernova progenitors and explosion mechanisms. Furthermore, the improvement of frequently used analytical models and the systematic study of their issues also could be significant for the SN community. Besides, making hydrodynamical simulations could also be a plausible method to reveal the physical parameters and geometrical structures of the circumstellar matter generated from significant mass-loss during stellar evolution, which also could take part in the mass-discrepancy problem.
As a general aim, studying SNe is an important role to find out the answers to the mysteries of both stellar and cosmic evolution. Moreover, because of the actuality and prestige, this topic could be tempting for students to start astrophysical researches.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Supernova explosions are born from the violent death of massive stars and create one of the most energetic phenomena in the Universe. Thus, these objects are among the most intensely studied transients of modern astrophysics. For example, supernova distance measurements lead to the discovery of the accelerating expansion of the Universe, which was honored with the Physics Nobel Prize in 2011. Although, their high luminosity makes the cosmic scale distant measurement possible, studying the environment of SNe also could be important. Namely, there are extreme physical conditions (e.g. shock waves, particle acceleration in a strong magnetic field, etc.) that can not be observed in the Earth.
Despite these facts, we still do not understand some basic features of these objects. One of these open questions is related to ejecta mass determination of the so-called stripped-envelope supernovae (their progenitor go through massive mass-loss before the supernova explosion). Solving this problem could only be possible via further development of analytic models as well as computing hydrodynamic simulations of SN environments. Thus, analyzing available observational data with both analytic and hydrodynamic models, I expect to contribute to deepening the understanding of the mass determination issue of these mysterious astrophysical objects.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
