超亮超新星内部强磁星气泡的湍流核心，其中的色彩编码用以表示密度。

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（大质量恒星死亡时的爆炸现象）以及它们的残骸，以求寻找到有关超新星前身的线索、导致其爆炸的机制以及在爆炸过程中产生的重元素。

一方面，这类天体事件创造了宇宙中大部分元素，继而形成新的恒星、星系和生命。另一方面，研究人员需要依靠超级计算机的模拟运算来深入了解引发和驱动超新星爆炸的物理机制。

据美国“物理学组织”网站4月27日消息称，一个跨国天体物理学家团队日前在《天体物理学杂志》发文宣布，他们利用美国劳伦斯·伯克利国家实验室（Berkeley Lab）的卡斯特罗（CASTRO）代码和国家能源研究科学计算中心（NERSC）的超级计算机取得了里程碑式的研究进展，即首次模拟出超亮超新星变化的三维物理过程，而这颗超新星的亮度大约是普通超新星的100倍。

天文学家发现，当一颗强磁星（magnetar）——快速旋转、其磁场比地球强几万亿倍的大质量恒星残骸——位于一颗新生超新星的中心时，就会发生这类超级发光事件。强磁星释放的辐射增强了超新星的亮度。如果要理解该现象是如何发生的，研究人员需要借助多维度模拟运算实验。

该论文的第一作者、中国台湾中央研究院天文及天文物理研究所的Ken Chen指出，在三维中捕捉这些超级发光事件的流体不稳定性所需的数值模拟运算非常复杂，且需要强大的运算能力，而这就是为什么这是一项前所未有的研究。在宇宙尺度上，导致生成星际湍流和混合的流体不稳定性在宇宙天体的形成过程中起着至关重要的作用，包括星系、恒星和超新星。

他们还发现，强磁星可以将新生超新星喷发出的钙和硅两种元素的速率提高到每秒1.2万千米，而这就解释了在光谱观测中这些天体发射线变宽的原因。即便是来自弱磁星的能量，也能将铁族元素的速率提高到每秒5000到7000千米，而铁族元素位于超新星残骸的深处。这也就解释了为什么在诸如“SN 1987A”这样的核坍缩超新星事件的早期，研究人员就能够观测到铁元素的迹象——这是天体物理学中一个由来已久的谜团。

原创编译：朱明逸 审稿：阿淼 责编：唐林芳

期刊来源： 《天体物理学杂志》

期刊编号： 0004-637X

原文链接：https://phys.org/news/2020-04-world-d-simulations-superluminous-supernovae.html

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